Джессика Снайдер Сакс

Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире бактерий

 

Элементы

 

Посвящается памяти Рики Ланнетти (1982–2003)

 

 

 

 

Фонд некоммерческих программ

“Династия”

 

основан в 2002 году Дмитрием Борисовичем Зиминым, почетным президентом компании “Вымпелком”. Приоритетные направления деятельности Фонда – развитие фундаментальной науки и образования в России, популяризация науки и просвещение.

В рамках программы по популяризации науки Фондом запущено несколько проектов.

В их числе – сайт elementy.ru, ставший одним из ведущих в русскоязычном Интернете тематических ресурсов, а также проект “Библиотека “Династии” – издание современных научно?популярных книг, тщательно отобранных экспертами?учеными. Книга, которую вы держите в руках, выпущена в рамках этого проекта.

Более подробную информацию о Фонде “Династия” вы найдете по адресу www.dynastyfdn.ru.

 

Семь ключевых терминов и понятий

 

 

Краткое введение в мир микробов

 

антибиотики В этой книге я использую термин “антибиотики” в нестрогом смысле – для обозначения любых противобактериальных препаратов. Люди, склонные к педантизму в таких вопросах, могут использовать термин “бактерицидные средства” для синтетических противобактериальных препаратов и “антибиотики” – для противобактериальных веществ, синтезируемых живыми организмами, такими как грибы и почвенные бактерии.

археи Похожие на бактерий организмы, разделившиеся с настоящими бактериями на раннем этапе эволюции жизни на Земле. Некоторые из них знамениты своей способностью выдерживать очень высокие температуры, другие – умением выделять метан. Среди архей не известно ни одного возбудителя заболеваний, но некоторые из них поселяются у нас во рту и в кишечнике. Когда я говорю о бактериях в целом, я для простоты включаю в их число и архей.

вирусы Инфекционные частицы, состоящие из генетического материала (ДНК или РНК), заключенного в белковую оболочку. В строгом смысле вирусы не живые, но могут вызывать заболевания, если они попадают в клетки и их генетический материал переключает клетку на производство новых вирусных частиц. Бактериофаги – это вирусы, заражающие бактерий, поэтому в этой книге им уделено особое внимание.

микробы. Нестрогий термин, обозначающий любые микроорганизмы.

микроорганизмы. Микроскопические организмы, к которым относятся как прокариоты (бактерии), так и эукариоты, в том числе паразитические грибы (возбудители молочницы, стригущего лишая и других болезней) и протисты (возбудители малярии, лямблиоза и тому подобного). Некоторые ученые относят сюда и вирусов, но я не отношу, потому что вирусы не организмы в том смысле, что они не живые.

 

Пролог

Поражения в победоносной войне

 

История Рики

 

В тот морозный день 6 декабря 2003 года Тереза Ланнетти заняла место на открытой трибуне для болельщиков команды хозяев на стадионе “Персон” в лесистом городке Уильямспорт в Пенсильвании. Как и все окружающие, она пришла болеть за “воинов” колледжа Лайкоминг в четвертьфинале их секции чемпионата по американскому футболу Национальной спортивной ассоциации, где они играли против “орлов” из Бриджуотера. Но на этот раз Тереза не стала искать в толпе других родителей, с которыми она успела подружиться за последние три года. Она знала, что мало кто ожидает встретить ее здесь и некоторых может смутить ее присутствие.

Прошлой ночью в отделении реанимации местной муниципальной больницы Тереза обняла Шона Хеннигара, жившего с ее сыном в одной комнате, и сказала, что хорошо бы ему заработать на следующий день для своей команды тач?даун – за Рики. Утром Тереза поняла, что ей лучше остаться в Уильямспорте и погрузиться в привычные звуки игры. Она видела, как игроки команды, за которую раньше играл Рики, выбежали на поле из раздевалки, видела стиснутые зубы и сжатые кулаки его лучших друзей и тут же заметила цифру 19, нарисованную черной краской у них на руках, рукавах и шортах. Чирлидеры поднялись со своих мест, приветствуя команду, и на спинах их курток из неровных полосок пластыря тоже была составлена цифра 19, и она же, нанесенная голубой краской, светилась на их пухлых щеках, по которым стекали слезы. У самой Терезы глаза оставались сухими, пока она не увидела еще одну цифру 19, футов пятнадцать в высоту, – на заснеженном склоне холма рядом с трибунами болельщиков команды гостей. И тут же человек, сделавший эту надпись, отложил лопату для снега и упал на спину, добавив одного безупречного снежного ангела, а затем и еще одного – две звездочки над номером ее сына. Они, должно быть, означали те два рекорда, которых Рики Ланнетти добился в этот сезон для своей команды, приняв пас шесть раз за одну игру и семьдесят раз за весь сезон. В облаках появился просвет – впервые за эту неделю.

В прошлый вторник налетела первая за зиму метель, припорошившая поле снегом после дневной тренировки “воинов”. Прогноз погоды обещал снежные бури на всю неделю, но в кампусе на это мало кто обратил внимание: здесь кипели страсти – ведь предстоял четвертьфинал, в котором, как все надеялись, команда Лайкоминга наконец выйдет в полуфинал секции после шести лет неудач. В то утро у Рики начался кашель, а к концу тренировки на пронизывающем ветру приступы тошноты заставили его пропустить последние игры. Когда на следующий день Тереза позвонила из Филадельфии, Рики сразу прервал разговор: “Мама, я не могу сейчас говорить. Неважно себя чувствую. Я буду в порядке. Все пройдет. Меня сейчас вырвет, прости”.

Тереза подумала, что Рики, наверное, прав: к концу недели он будет в порядке. Она, как всегда, предвкушала возможность поболеть за своего сына и была вполне готова преодолеть ради этого 180 миль, разделяющие ее малоэтажный квартал на северо?востоке Филадельфии и Уильямспорт в центральной части Пенсильвании, где Рики учился в колледже по специальности “уголовное судопроизводство” и где он отучился уже половину последнего курса. Хотя Тереза рассталась с отцом Рики еще в 1991 году, спортивные занятия сына, особенно футбол, связывали их семью и общих друзей: они с интересом следили за расписанием тренировок и игр, праздновали победы. В начальной школе Рики заслужил репутацию “могучего малютки”: он всегда был одним из самых маленьких на поле, но при этом поймать его или убежать от него было делом нелегким. Другие ребята его возраста никак не могли понять, как мальчугану, едва доходившему им до плеча, удавалось так сильно бить или вдруг высоко подпрыгивать, ловя мяч. К тому времени, как Рики перешел в среднюю школу, Тереза уже чаще радовалась, чем сжималась от страха, когда ее сын выдерживал захваты, которые свалили бы с ног и игрока вдвое выше ростом. Ей пришлось смириться и с тем, что его никакими силами нельзя было вытащить из игры, даже если он получил травму. За четыре года, что он играл за команду Лайкоминга, он пропустил всего одну игру из?за сильного вывиха лодыжки, которая, как он утверждал, пришла в норму уже через неделю.

Но в те дни, перед игрой четвертьфинала, Тереза встревожилась не на шутку. Когда Рики перезвонил ей в четверг, его по?прежнему постоянно рвало. “На такие вещи нельзя не обращать внимания! – настаивала она. – Ты должен сходить к врачу”. Она позвонила главному тренеру, Фрэнку Нею, и он пообещал показать Рики своей жене, семейному врачу, чтобы убедиться, что у него обычный грипп, который начал косить студентов после каникул по случаю Дня благодарения. В тот же день Стейси Ней послушала легкие Рики. Судя по всему, они были чистыми. Она померила ему температуру: немного повышена. Поскольку основными симптомами были тошнота, утомление и боли, это указывало на грипп. Антибиотики, как объяснила Стейси, тут не помогут, потому что они убивают бактерий, а не вирусов.

Снег шел по всей Пенсильвании и в пятницу утром, когда у Рики начались боли в ногах. Его соседи по комнате, Шон Хеннигар и Брайан Коннерс, уговаривали его пить спортивные напитки и воду, они полагали, что постоянная рвота вызвала у Рики обезвоживание. Вечером того же дня Тереза выехала из Филадельфии, но из?за снега двигалась она с черепашьей скоростью. Она не одолела еще и полпути к половине десятого, когда Рики позвонил ей на сотовый и сказал, что хочет спать. Они увидятся утром. Но заснуть Рики не мог. И каждый раз, поворачиваясь с боку на бок, он невольно стонал. В четыре утра он сказал своим соседям: “Ребята, если я отсюда не уберусь, вам не удастся выспаться перед игрой”. Он позвонил своей маме и попросил забрать его к ней в гостиницу.

Поначалу Рики наотрез отказывался ехать в больницу, как ни настаивала Тереза. Но когда она услышала, что у него началась одышка, ей удалось его переубедить. В двадцать минут восьмого они были уже в кабинете неотложной помощи, и тут у Рики началась кровавая рвота. Не прошло и пяти минут, как полдюжины врачей и медсестер вставили Рики в ноздри трубки кислородного дыхания и начали внутривенное вливание жидкости в его левую руку. Они взяли у него кровь для лабораторных анализов и подключили его к кардиомонитору.

Главный реаниматолог отметил у Рики учащенный пульс, пониженное давление, одышку и немного повышенную температуру. “Нет, болит все тело, – ответил Рики в на вопрос, нет ли у него болей в груди или животе. – И я устал, очень устал”. Легкие, судя по всему, были по?прежнему чистыми. Нос и горло выглядели нормально. Доктор спросил у Рики, когда он в последний раз мочился. “Кажется, в четверг”, – ответил тот. Тереза заметила, что доктора это встревожило, и он немедленно велел принести катетер. Как только сестра его установила, присоединенный к нему баллон Фолея наполнился мутной коричневой мочой. У Рики отказывали почки.

Все симптомы по?прежнему указывали на вирусное заболевание, хотя и очень тяжелое, но реаниматолог решил, что нельзя ждать сутки, пока будет готова гемокультура, которая могла бы исключить бактериальную инфекцию. Он добавил к жидкости, поступавшей в руку Рики, два сильнодействующих антибиотика: цефепим и ванкомицин. Тем временем Тереза дозвонилась до отца Рики, тоже ехавшего в Уильямспорт, чтобы увидеть игру, которая должна была состояться днем, и велела ему ехать в больницу. Рик?старший добрался туда ближе к одиннадцати, его потряс вид сына, опутанного проводами и трубками, с каплями засохшей крови на лице и на губах.

Тем временем в колледже Лайкоминг сотрудники Национальной спортивной ассоциации бродили по занесенной снегом искусственной траве на стадионе и били ногами в слой льда, покрывший центр поля. В десять часов они объявили о своем решении перенести игру на воскресенье, чтобы не рисковать здоровьем игроков. Ближайшие друзья Рики из его команды отправились в больницу, где, к немалому их удивлению, из кабинета неотложной помощи их отвели в отделение реанимации. Казалось, что Рики стало лучше. Его раздражали врачи, сновавшие туда?сюда, он просил, чтобы у него из носа вынули кислородные трубки и сказали, когда отпустят домой. “Говорят, игру перенесли, – обратился он к Шону. – Это здорово. Может, я все?таки смогу сыграть”.

Но в самом начале второго Рики потерял сознание, и раздались сигналы прибора, предупреждающего, что уровень кислорода у него в крови опустился до опасно низкого уровня. Сестра выставила футболистов из палаты, а врачи тем временем ввели Рики в горло трубку, чтобы аппарат искусственной вентиляции мог взять на себя функции его отказывающих легких. Эхокардиограмма показывала, что сердце тоже слабеет, и врачи вызвали вертолет, чтобы перевезти Рики в Филадельфию, в Медицинский центр Университета Темпл, и подключить к аппарату, поддерживающему кровообращение. Специалист по инфекционным заболеваниям велел ввести ему еще антибиотиков на случай любых мыслимых разновидностей бактериальных инфекций. Что?то разрушало органы Рики, но что именно и где оно пряталось в его организме, никто, на беду, по?прежнему не знал. Но вертолет из Темпла не прилетел: пилот решил, что из?за продолжающейся метели лететь слишком опасно.

Сердце Рики остановилось в тридцать шесть минут шестого. В течение сорока минут медсестры и врачи проводили процедуру сердечно?легочной реанимации в ожидании кардиохирурга. К половине седьмого хирург подсоединил артерии Рики к аппарату искусственного кровообращения, который начал прокачивать по его телу шестнадцать единиц насыщенной кислородом крови. Но по прошествии часа сердце Рики так и не забилось, глаза с расширенными зрачками застыли. Хирург вышел из операционной, чтобы переговорить с родителями. В тридцать шесть минут восьмого он отключил Рики от аппарата.

Тереза попросила сестер помочь ей привести Рики в порядок и перенести его обратно в палату. Она хотела, чтобы парни, которые, глотая слезы, стояли в коридоре, еще раз увидели своего друга. Она поняла, что поступила правильно, когда отец Рики обратил их внимание на улыбку на лице сына, и лайнбекер Тим Шмидт заметил: “Черт, а ведь точно так же он ухмылялся, когда как?нибудь нас разыгрывал!”

Через несколько минут родители Рики узнали имя его убийцы. Гемокультура, которую врачи отправили на анализ еще утром, вернулась с положительным результатом на метициллин?устойчивого золотистого стафилококка (MRSA) – микроба, которому нипочем не только антибиотики метициллиновой группы, но и полдюжины других. Хуже того, этот конкретный штамм MRSA, теперь известный как USA300, к тому же содержал гены целого набора токсинов, иные из которых и запустили смертельную бурю внутренних реакций, называемую септическим шоком, характерными симптомами которого служат резко падающее давление, общее свертывание крови и отказ внутренних органов.

На следующее утро после смерти Рики, когда команда начала собираться и готовиться к игре, в раздевалке Лайкоминга висела тяжелая тишина. Несколько игроков провели в больнице всю ночь и чувствовали себя совершенно вымотанными. Но все сошлись во мнении: Рики “просто взбесился бы”, если бы они отказались играть. Убитого горем отца Рики один из друзей семьи повез домой, а Тереза заняла место на трибуне. Игра началась стремительно: “воины” изо всех сил пытались следовать приемам, нацеленным на их знаменитого ресивера. В начале первой четверти квотербек Фил Манн, какое?то время колебавшийся во время совещания на поле, закричал: “Всем направо!” Этот прием всегда был завязан на Рики, который несся сломя голову из бэкфилда нападающих на узкое пересеченное пространство. На этот раз его место занял Шон, вырвавшийся из?за тринадцатиярдовой линии. Когда Шон повернулся, снаряд Манна шлепнулся прямо ему в руки. Неумолимо, как бульдозер, он преодолел последние три ярда, отделявшие его от тачдауна. На этом и закончились очки команды Лайкоминга, не сумевшей?таки в этот день пройти в полуфинал. Но Тереза кричала на трибуне вместе с толпой болельщиков, дрожала и плакала в тот момент, когда там, на поле, Шон Хеннигар поднял мяч высоко над головой, в сторону открывшегося голубого неба.

 

История Дэниэла

 

Семилетний Дэниэл пытается не обращать на это внимания. Но все же немного страшно, когда одноклассники кричат, что от их бутербродов с арахисовым маслом ему будет крышка. “Меня это приводит в ужас, – говорит его мать Энн, радиопродюсер из Нью?Йорка¹. – Как кто?то вообще может думать, что это смешно?” Она помнит тот ноябрьский вечер пять лет назад, когда чуть не потеряла своего чудного ребенка с ямочками на щеках. Начиналось все вполне невинно. Энн вышла из своего офиса на Манхэттене и тотчас достала сотовый, чтобы сказать приходящей няне, что немного опаздывает. Няня сообщила, что Дэниэла только что вырвало, после того как он съел бутерброд с миндальным маслом. “Ладно, бывает, – успокоила ее Энн. – Просто последите за ним”. Через пятнадцать минут Энн позвонила домой с Пенсильванского вокзала – у Дэниэла начался понос. Когда она позвонила в третий раз из поезда по дороге из Нью?Йорка, Дэниэл задыхался. “Я прыскаю ему его аэрозоль от астмы”, – сказала няня. “Звоните 911. Немедленно”, – велела Энн.

Когда мать увидела Дэниэла, он лежал на каталке, выезжавшей из машины “скорой помощи” в их местной больнице в Нью?Джерси, лицо его покрывали большие красные пятна. Врачи “скорой помощи” застали Дэниэла в состоянии анафилактического шока, с раздувшимся горлом, перекрывающим дыхание, и давлением крови, стремительно приближающимся к нулю. Они вернули его к жизни, вколов ему дозу сильного стимулятора – адреналина, а также стероида, подавляющего воспалительные реакции. Так родители Дэниэла узнали, что он страдает опасными для жизни формами пищевой аллергии – особенно на арахис, следовые количества которого, вероятно, содержались в качестве примеси в съеденном им миндальном масле.

“Теперь мне ясно, что аллергии у него начались задолго до того, как мы это осознали”, – говорит Энн. Когда Дэниэлу было два месяца, у него развилась сильная экзема – аллергическая реакция кожи, от которой его щеки порозовели и зашелушились, а кожа под мышками и под коленками стала влажной и сочащейся. Вскоре после того, как Дэниэлу исполнился год, у него началась астма – еще один синдром, часто вызываемый аллергией, в данном случае на респираторные аллергены, такие как клещи домашней пыли и перхоть. К двум годам у него в стуле стала встречаться свежая кровь. Поначалу ее было немного, и педиатр сказал Энн, что беспокоиться не о чем. У детей часто бывают небольшие кровотечения из маленькой трещины или раздраженной ранки на внутренних стенках прямой кишки.

Но в течение следующих трех лет не только аллергии Дэниэла стали очевидны и начали представлять угрозу для жизни, но и кровотечения усилились, дошло до того, что кровавый стул бывал у него по двадцать раз в день, сопровождаясь ужасными болями. Колоноскопия показала открытые язвы по всей длине толстой кишки. У мальчика был неспецифический язвенный колит – воспалительное расстройство, при котором иммунная система по ошибке принимает пищу или в норме обитающих в прямой кишке бактерий за вторгнувшихся чужаков, заслуживающих масштабной атаки. В начале второго класса Дэниэл три недели пролежал в больнице на противовоспалительных средствах и выписался оттуда с рекомендацией постоянно принимать препараты сульфаниламида, чтобы воспаление не повторилось. Но в течение года у Дэниэла появилась характерная сыпь, свидетельствующая о развитии аллергии на эти лекарства. Осенью 2006 года у него повторился колит, создавший опасность прободения толстой кишки, которое может быть таким же смертоносным, как лопнувший аппендикс.

“Ни один ребенок не должен проходить через такое, – говорит Энн. – Мы прилагали все усилия, чтобы разобраться, как защитить его от этих болезней, не лишая при этом возможности жить нормальной жизнью”. Энн пришлось, например, решать, позволять ли Дэниэлу есть свой обед в школьной столовой, ведь его аллергии настолько сильны, что даже крупинка арахиса может вызвать у него анафилактический шок. Она пришла к компромиссному решению: Дэниэл сидит на краю обеденного стола рядом со своим лучшим другом, мама которого знает, что в пакете с его обедом не должно быть арахисового масла и любых других продуктов из списка еды, запрещенной для Дэниэла.

Но Дэниэл отнюдь не одинок. “Пять человек у них в классе носят адреналиновые ручки”, – говорит Энн, имея в виду продаваемые по рецепту автоматические шприцы, заранее заполненные достаточной дозой адреналина, чтобы остановить аллергическую реакцию, представляющую угрозу для жизни. Дэниэл никогда не выходит из дома без двух таких ручек, которые он носит на специальном поясе. Школьная медсестра говорит, что экзема, астма и респираторные аллергии для некоторых одноклассников Дэниэла – еще более обычное дело, чем для него. По ее оценке, 40 % учеников его школы страдают какой?нибудь формой серьезного аллергического расстройства. “Речь идет не о каком?то чихании в период сенной лихорадки, – говорит она. – Эти дети по?настоящему больны. Многие из них не могут выходить на улицу во время перемен или на экскурсии”. Она тридцать лет работает медсестрой, и ее поражает, как распространились в последнее время среди учеников воспалительные заболевания внутренних органов – не только язвенный колит Дэниэла, но и более обычные болезнь Крона и синдром раздраженного кишечника – недуги, которых раньше она никогда не встречала у детей.

 

Месть микробов?

 

На первый взгляд может показаться, что между историями Рики и Дэниэла мало общего. В одном случае речь идет о смертельной инфекции, устойчивой к медикаментам, в другом – о троице опасных для жизни воспалительных заболеваний. Но корни обеих лежат, судя по всему, в нашей нынешней войне с микробами. За пятьдесят лет, прошедших с тех пор, как антибиотики нашли широкое применение, мы вывели породы с разной степенью устойчивости к антибиотикам среди всех известных возбудителей человеческих заболеваний. Отчасти это стало результатом того, что каждый раз, когда мы лечим инфекции, вызываемые тем или иным чужаком, мы подвергаем ковровым бомбардировкам микроорганизмы, в норме обитающие внутри нас. Мы также пичкаем антибиотиками наших сельскохозяйственных животных, и не только чтобы вылечить их от инфекций, но и ускоряя рост, чтобы снизить затраты на производство мяса и сократить время его производства. Некоторые из их высокоустойчивых бактерий тоже оказываются внутри нас через продукты, которые мы употребляем в пищу.

По ходу дела мы исчерпали возможности сотни с лишним различных антибиотиков, сделав устойчивость к ним одной из обычных проблем современной медицины в самых разных ее областях – от лечения детских ушных инфекций до совершенно неостановимых штаммов туберкулезной палочки. Подобно убийце Рики, стафилококковому штамму USA300, блуждающему теперь по всей Северной Америке, некоторые из этих супермикробов соединяют в себе устойчивость ко многим антибиотикам с крайне высокой болезнетворностью.

Тем временем иммунологи и другие медики?специалисты убедительно обосновали точку зрения, согласно которой корни нынешней беспрецедентной эпидемии воспалительных заболеваний связаны со вторым фронтом нашей давней войны с микробами – улучшением санитарных условий, от современных систем канализации и хлорирования воды до холодильников и технологий производства пищевых продуктов. Эти расстройства, которые до XIX века были редки, если вообще существовали, включают различные формы аллергии и аллергической астмы (происходящие оттого, что клетки нашей иммунной системы начинают реагировать на безвредные вещества из нашей пищи и окружающей среды), а также воспалительные заболевания внутренних органов вроде того, которым страдает Дэниэл. Резко растет в развитых странах и частота десятков аутоиммунных заболеваний, таких как сахарный диабет первого типа, волчанка, рассеянный склероз и ревматоидный артрит, каждое из которых развивается оттого, что иммунная система по ошибке разрушает здоровые ткани. Что характерно, все эти воспалительные расстройства остаются редкими в тех регионах, где люди по?прежнему живут в тесной связи с почвой, пьют нефильтрованную воду и едят минимально обработанную пищу, часто сохраняемую с использованием самых примитивных технологий.

А как обстоят дела с бактериями, полезными для нашего здоровья? Медицинские исследования, сосредоточенные в течение столетия исключительно на болезнетворных микробах, еще только начали углубляться в эту область. Экологи, напротив, уже давно поняли, что сама наша атмосфера и весь круговорот биогенных элементов в природе зависят от непрекращающейся деятельности царства бактерий. Линн Маргулис, известный специалист по эволюционной микробиологии, отметила: “На Луну – вот на что была бы похожа наша планета, не будь на ней микроорганизмов”. Не так быстро пришло понимание того, что бактерии доминируют также и на просторах человеческого тела, если судить по такому критерию, как число клеток. Эти крошечные одноклеточные организмы, покрывающие нашу кожу и выстилающие стенки нашего пищеварительного тракта и верхних отделов дыхательной системы, на порядок превосходят человеческие клетки числом (хотя и не размером). И оказывается, что это очень хорошо, потому что живущая в нашем теле и на его поверхности микрофлора образует что?то вроде защитной мульчи, издавна служившей нам лучшей защитой от инфекционных заболеваний. Кроме того, эволюция нашей иммунной системы научила ее терпимости к целому морю преимущественно безвредных бактерий, проходящих через наш организм вместе с пищей, водой и воздухом. Отсутствие их постоянного, обнадеживающего притока, судя по всему, приводит иммунную систему в состояние повышенной боеготовности, вызывая у нее отвратительную склонность открывать стрельбу по мирным соседям.

И все же никто не тоскует по тем временам, когда у нас не было антибиотиков и когда любой врач мог помочь лежащему в лихорадке пациенту едва ли не только тем, что сидел и ждал, доживет ли тот до утра. Точно так же ни один разумный человек не предложит променять улучшенные санитарные условия нашего времени на эпидемии холеры, дизентерии, брюшного тифа и бубонной чумы, которые начали убивать каждого десятого с возникновением цивилизации, порядка пяти тысяч лет назад. Вместо этого оформляется некоторый консенсус, согласно которому, только разобравшись в симбиотических аспектах наших давних отношений с микроорганизмами, можно найти надежные решения проблемы инфекционных заболеваний и в то же время исправить те нарушения равновесия, которые послужили причиной нынешней эпидемии аллергии, аутоиммунных заболеваний и других воспалительных расстройств.

Ясно, что непосредственные атаки на царство бактерий всегда были делом безрассудным, учитывая, как быстро эти организмы способны эволюционировать, обходя любые биохимические орудия, которыми мы пытаемся их бить. Сегодня многие ученые, вместо того чтобы поощрять эскалацию гонки вооружений, которую мы никогда не сможем выиграть, занимаются разработкой лучших подходов к этой проблеме, в том числе

• обучая врачей выбирать правильные “снайперские пули” антибиотика, вместо популярных “больших орудий”, как правило убивающих защитных бактерий нашего организма наряду с болезнетворными микробами;
• исследуя новые пути разработки лекарственных средств, направленные на ослабление вредоносного воздействия микробов без выработки у них устойчивости к медикаментам;
• изучая, почему во многих случаях из двух носителей одного и того же болезнетворного микроба лишь один оказывается болен. В эпоху, когда мы можем сравнить геном одного человека с геномом другого, у нас есть принципиальная возможность использовать результаты таких сравнений для разработки методов лечения, оставляющих микроба на месте, но вылечивающих пациента;
• прислушиваясь к задушевным биохимическим беседам между микроорганизмами, населяющими наше тело, и его собственными клетками, чтобы лучше разобраться в том, почему организм, наполненный правильными микробами, оказывается наделен крепким здоровьем.

 

Мы даже начали одомашнивать опасных микробов, подобно тому как наши предки когда?то сделали из волков животных, которые охраняют, а не режут наших овец. Этот многообещающий подход уже принес некоторые ранние плоды, такие как “пробиотический” аэрозоль для носа, насыщенный полезными бактериями, которые помогают предупредить развитие хронических ушных заболеваний у детей, или полученный методами биоинженерии штамм бактерий ротовой полости, предотвращающих, а не вызывающих развитие кариеса, или так называемая “вакцина из грязи”, которая, судя по всему, помогает при целом ряде хронических воспалительных заболеваний, при этом переключая иммунную систему в режим борьбы с раком. Некоторые ученые мечтают даже о “пробиотических” очищающих препаратах: моющих и чистящих средствах и аэрозолях, в состав каждого из которых будет входить определенный запатентованный набор защитных и полезных для здоровья микроорганизмов.

Но мы находимся на распутье. Призывы к мирному сосуществованию с микроорганизмами могут показаться наивными перед лицом нашей отчаянной нужды в новых антибиотиках для противодействия растущей угрозе устойчивых к медикаментам смертельных инфекций. Кроме того, представители нового поколения охотников за микробами начали использовать генетический анализ, или ДНК?дактилоскопию, прочесывая человеческий организм в поисках инфекций, о существовании которых мы даже не подозревали. Их теория, согласно которой в основе таких известных недугов, как артриты, пороки сердца или болезнь Альцгеймера, лежат скрытые инфекции, вполне может подтвердиться, по крайней мере отчасти. Опасность состоит в том, что открытие таких инфекций может послужить призывом к оружию, который вызовет масштабное усиление использования антибиотиков, прежде чем мы научимся на деле применять уроки, с таким трудом извлеченные из нашей первой Столетней войны с микробами.

Поэтому эта книга и посвящена истории нашей коэволюции с теми бактериями, с которыми неразрывно связано все наше существование, нашим принципиально изменившимся взаимоотношениям с ними, а также возможности все же найти пути сохранения здоровья и выживания в мире, который всегда был – и, несомненно, навсегда останется – миром микробов.

 

 

Часть 1

Война с микробами

 

Наступил 1910 год, самый славный год в жизни Эрлиха. В один из дней этого года он появился на научном конгрессе в Кёнигсберге и был встречен овацией. Эта овация была такой бурной и продолжительной, что казалось, Эрлиху не удастся приступить к докладу. Он сообщил о том, как была найдена в конце концов магическая пуля.

Поль де Крюи “Охотники за микробами” (1926)

 

От миазмов до микробов

 

Веронец Джироламо Фракасторо выделялся среди научных гениев редкой бесконфликтностью. Если медицинская теория входила в противоречие с его политической выгодой или интересами его покровителей, этот прославленный врач эпохи Возрождения всегда умел убедительно защитить ее, причем гекзаметром и на латыни. Практикующий врач по необходимости, поэт и ученый по призванию, он по праву гордился своим поэтическим трактатом Syphilis sive morbus gallicus, то есть “Сифилис, или французская болезнь”, опубликованным в 1530 году и получившим широкое признание¹. Хотя жители Европы в основном были склонны винить Колумба и его испанских моряков в том, что те завезли “большую оспу” из Нового Света, в названии эпической поэмы Фракасторо вина была удобно переложена на тогдашних врагов оккупантов Вероны Габсбургов (брачными узами связавших себя с Испанией). Даже новое название, предложенное

Фракасторо для этой болезни, было плодом политической эквилибристики. Он приплел в свою поэму историю пастуха Сифилиса, жителя Атлантиды, которого мгновенно исцелил глоток считавшейся лекарством смолы гваякового дерева – его кору Габсбурги в массе импортировали из Нового Света.

Но куда важнее было то, что медицинская терминология, использованная в поэме, ознаменовала собой поворотный этап в истории западной медицины, который определил ее движение в направлении прямой войны с миром микробов. Фракасторо был первым, кто письменно сформулировал мысль о том, что невидимые инфекционные частицы существуют в какой?то материальной форме. Он писал:

 

Но когда воздух ослабляется, то, поскольку в нем происходят различные и, можно сказать, бесчисленные сочетания разных видов гниения, в нем, несомненно, возникают бесчисленные начала и семена контагиев, обладающие различной и многообразной аналогией к предметам: одни – аналогией к плодам, другие – к посевам, третьи – к животным, а среди них одни, обладающие аналогией к одному виду животных, другие – к другому, одни – аналогией только к человеку; а среди людей, как было сказано, одни – обладающие аналогией к людям одного пола, сложения, натуры, другие – другого; а для данного человека одни – обладающие аналогией к одной части тела, другие – к другой и к данному соку и так далее до бесконечности².

 

Использованное Фракасторо слово “семена” отражало формирующиеся воззрения небольшого числа его современников. Эти просвещенные люди впервые усомнились в восходящем к Гиппократу представлении предыдущего тысячелетия, согласно которому все болезни происходят от нарушений равновесия между тремя “соками” нашего тела: кровью, слизью и желчью.

Надо признать, что прототипы микробов, описанные в стихах Фракасторо, были далеки от микроорганизмов, какими мы знаем их сегодня. Он использовал термины “семена” и “контагии”, подразумевая частицы, которые скорее сродни атомам, чем живым организмам, таким как вызывающая сифилис спиралевидная бактерия бледная трепонема (Treponema pallidum), в то время прокладывавшая себе путь по гениталиям европейцев от папского двора и до шотландских гор. Фракасторо также указывал на сочетания планет, которые будто бы могут оказывать “действие в величайшей степени”, из?за чего “в подчиненных им телах, особенно в воздухе, возникают великие новые начала поражения и контагиев”, одновременно заражая всю планету, что служило удобным объяснением, почему Колумб и его моряки заразились сифилисом в Новом Свете примерно в то же время, когда и в Старом Свете произошла вспышка этой болезни.

Сама идея заразности, то есть передачи болезни от человека к человеку, была, конечно, не новостью для Европы эпохи Возрождения. Европейские города еще столетием раньше начали вводить карантин для пораженных чумой, хотя и с невеликим успехом. А врачи Древнего Египта, Индии и Китая признавали неоспоримую заразность “малой” (натуральной) оспы, вызываемой вирусом, начиная с 3700 г. до н. э., если не раньше. Более того, всем древним обществам были известны заразные болезни, потому что именно скученность людей в условиях цивилизации и привела к их широкому распространению.

За миллионы лет, в течение которых люди и их предки существовали как охотники и собиратели, их популяции оставались слишком малочисленными, чтобы смертельная инфекция могла держаться долго или преодолевать ощутимые расстояния, прежде чем или всех погубить, или наделить всех выживших в популяции иммунитетом – что в любом случае приводило к исчезновению возбудителя болезни. Исключения составляли, в частности, микробы, для которых люди служат вторичным жилищем, обитающие прежде всего в таких животных, как насекомые (которым эти микробы не причиняют вреда). Быть может, самый древний и самый смертоносный из них – это переносимый комарами малярийный плазмодий, микроорганизм из группы простейших³.

Порядка тридцати пяти тысяч лет назад, когда племена Homo sapiens впервые переместились на север, за пределы Африки, они оставили позади многих своих тропических паразитов и в течение длительного периода наслаждались крепким здоровьем. Наскальная живопись доисторических скитальцев Европы не содержит и намеков на эпидемии. Нет их и в легендах древнейших народов Нового Света. Это не значит, что охотники и собиратели вели идиллическое существование. Из?за голода и травм их жизнь была короткой и жестокой, но люди тем не менее почти не страдали от инфекционных заболеваний.

Постоянные поселения сделали человеческую жизнь стабильнее за счет ежегодных урожаев, одомашненных животных и возможности укрываться за крепостными стенами. Но за это пришлось заплатить – скученностью и загрязнением воды. С приходом цивилизации микроорганизмы, умевшие хорошо себя вести, вдруг утратили свою почти полную монополию на человеческое тело, и среди микробов распространился новый стиль жизни – при нем болезнетворность стала окупаться, если только смертоносная бактерия могла рассчитывать на то, что кашель и другие выделения умирающих заразят воздух и воду, которыми пользуются тысячи людей, живущих в непосредственной близости друг от друга.

Эпидемиологи подсчитали, что популяции, включающей около полумиллиона людей, достаточно для постоянного поддержания инфекционной болезни – иными словами, для того, чтобы позволить вызывающему эту болезнь микробу непрерывно перескакивать с одного хозяина на другого раньше их смерти или полного выздоровления. Не случайно, что первое сохранившееся упоминание “мора” относится к первой цивилизации, достигшей этой критической отметки, – цивилизации шумеров, представленной вереницей из дюжины торговых городов в дельте Тигра и Евфрата, в юго?восточной части современного Ирака. Записанный четыре тысячелетия назад “Эпос о Гильгамеше”, шумерский вариант истории о великом потопе, содержит упоминания разрушений, которые вызывал Эрра, демон чумы, и которые были предпочтительнее ужасного потопа, потому что Эрра, по крайней мере, оставлял кое?кого из людей в живых, и их потомство вновь заселяло землю⁴.

Как и представители большинства других древних культур, шумеры приписывали приход чумы гневу богов и демонов. Поэтому лечение состояло в попытках умилостивить небеса. С развитием древней медицины внимание врачевателей переключилось с поиска причин на поиск способов облегчения симптомов. Например, традиция, восходящая к Гиппократу, полагалась на оценку нарушений равновесия между внутренними силами пациента (на что указывали лихорадка, образование гноя и другие симптомы) и последующее возвращение человека обратно к “равновесию” путем кровопускания, прочистки кишечника или стимуляции потоотделения. Не имело значения, чем именно было вызвано то или иное нарушение равновесия (избыток желчи, недостаток крови и т. п.), – лечение от этого не менялось.

Возможно, именно сифилис был тем серьезным ударом, который убедил европейцев в необходимости искать материальную, хотя и невидимую причину инфекционных заболеваний. Размеры бедствия, вызванного сифилисом в XVI веке, сегодня не так просто оценить, но болезнетворность его возбудителя сильно снизилась за столетия коэволюции человека и этого микроба. Сегодня только у одного из девяти человек, зараженных бледной трепонемой, развиваются симптомы достаточно очевидные, чтобы отправить больного к врачу. Сравните это с зияющими язвами, неотступной болью, слепотой, безумием и смертью, так часто изображаемыми в литературе и искусстве эпохи Возрождения.

Громкая слава поэмы “Сифилис”, до сего дня оставшейся самой знаменитой медицинской поэмой на свете, обеспечила Фракасторо известность и надежное покровительство, которые позволили ему оставить занятие политиканством и медицинскую практику. Обретя свободу, он написал не столь поэтичный, но намного более важный в научном плане трактат “О контагии, контагиозных болезнях и лечении”, опубликованный в 1546 году⁵. В этом трактате он изложил революционные основы своей контагиозной теории болезней, теперь проработанной более подробно:

• инфекционные заболевания всегда распространяются посредством невидимых контагиозных семян – seminaria contagionis;
• их распространение может идти тремя путями: contactu afficit (прямой контакт), fomite afficit (контакт с зараженными предметами) и distans fit (“на расстоянии”, например по воздуху);
• эти семена отличаются друг от друга: не все лихорадки одинаковы, и семена, в один год вызывавшие сифилис, не могут на следующий год взять и начать вызывать проказу;
• разные болезни требуют разных средств лечения, в том числе различных методов непосредственного подавления (“выжигания”) контагиозных семян в организме пациента. Например, как лекарство от сифилиса Фракасторо упоминает ртуть (жестокое средство, как выясняется, потому что оно убивает не только уязвимых бледных трепонем, но и большое число клеток человеческого мозга)⁶.

 

В течение почти четырех веков выделенная Фракасторо разновидность заражения “на расстоянии” описывалась посредством невнятной концепции миазмов, или “ядовитого воздуха”. Вера в миазмы вполне укоренилась к жаркому лету 1665 года, когда Лондон поразила Черная Смерть, или бубонная чума. Чтобы предотвратить распространение миазмов, лондонцы заколачивали гвоздями двери домов, где жили люди, пораженные чумой, а проходя мимо, прижимали к носу “кольца” (букетики) цветов, сильный аромат которых, как они надеялись, должен отогнать ядовитые пары⁷.

Настоящие же переносчики возбудителя этой болезни – крысы и сопутствующие им блохи – в массе размножались, процветая среди бытовых отходов, которые рабочая беднота выбрасывала из окон за неимением лучшего способа от них избавляться. К концу лета в Лондоне умерло более тридцати одной тысячи человек, или 15 % населения, а король со своим двором и почти все, кто мог себе это позволить, бежали из города. Сэмюэл Пипс, секретарь адмиралтейства, описал в своем дневнике запустение, в которое пришел Лондон ко дню его отъезда: “Но как мало людей я вижу теперь, а по тем, кто ходит по улицам, кажется, будто они уже покинули этот мир”⁸.

Несмотря на эти ужасные условия, тот самый год ознаменовался публикацией первой из множества научных книг, написанных “натурфилософами” из Лондонского королевского общества. Роберт Гук заполнил свою “Микрографию” рисунками фантастических структур, которые он увидел с помощью увеличительных стекол: фасетки глаза мухи, сидящую на человеческом волосе вошь, отдельные “клетки” (этот термин был предложен именно Гуком) на срезе куска пробки⁹.

Ни чума, ни война с Англией не смогли помешать проникновению части тиража “Микрографии” в Нидерланды, где эта книга приковала взор и восхитила торговца тканями Антони ван Левенгука¹⁰. Вдохновленный ею, Левенгук освоил мастерство шлифовки линз и изготовил первый из нескольких сотен микроскопов, с помощью которых он в итоге и открыл мир микроскопических организмов. Самыми первыми открытиями Левенгука стали великаны этого мира: одноклеточные водоросли и простейшие, обитавшие в болотах неподалеку от его дома¹¹. Но ни одно из самых поразительных его открытий не могло сравниться с тем, которое он сделал в 1683 году, когда решил с помощью своих микроскопов, сила увеличения которых все возрастала, изучить самого себя. В письме, датированном 17 сентября 1683 года, он описал тот безумный зоопарк, который он увидел в смеси собственной слюны и зубного налета, и приложил к этому письму рисунок, ставший теперь знаковым для микробиологии:

 

 

При этом я почти все время наблюдал, с превеликим удивлением, что в указанном веществе было множество крошечных зверушек, весьма изящно передвигавшихся. Представители самой крупной разновидности имели форму как на рисунке А. Они двигались очень уверенно и быстро и проносились в толще воды (или слюны), как в толще воды проносится щука. Эти существа были почти всегда немногочисленны. <…> Представители второй разновидности имели форму как на рис. B. Они нередко крутились, как юла, и то и дело двигались по траекториям вроде той, что соединяет точки C и D. Такие существа были намного многочисленнее. Третьих я не смог представить на рисунке, потому что временами они казались удлиненными, но вскоре выглядели уже идеально круглыми. Эти существа были так малы, что казались мне не крупнее, чем показано на рис. E, но вместе с тем двигались вперед так проворно и так зависали вместе, что можно было представить, что это большой рой комаров или мух, которые то покидали его, то залетали обратно. Этих последних, как мне казалось, было несколько тысяч на каплю воды или слюны не больше песчинки¹².

 

Ни Левенгук, ни его почтенные лондонские корреспонденты не думали, что открытые им фантастические “зверушки” были сколько?нибудь вредоносны, и мнение это в основном было справедливым. Крепкое здоровье, которое Левенгук сохранил к среднему возрасту, казалось тому достаточным подтверждением. У него даже все зубы были на месте. Более того, сама мысль, что такие миниатюрные существа в состоянии кому?нибудь повредить, показалась бы смехотворной. Как отметил сам Левенгук, даже маленький глоток горячего кофе или винного уксуса мог привести к тому, что зверушки на поверхности его зубов “тотчас падали замертво”¹³. В течение следующего столетия микробиология оставалась маргинальной наукой: она интересовала только тех натуралистов, кому приходилось описывать обитателей этого богатого нового царства живой природы и давать им названия.

 

Второе рождение микробной теории

 

Конец XVIII века ознаменовался открытием в Европе первых родильных домов и отделений – великим достижением здравоохранения, что по замыслу должно было принести пользу и богатым и бедным. Но те же времена оказались также периодом повышенной смертности от пуэрперальной (или послеродовой) горячки, которая разнеслась по ставшим популярными родильным отделениям и погубила тысячи людей. Что и неудивительно, так как врачи и акушерки постоянно переходили от заболевших к здоровым роженицам, вводя инфицированные руки и инструменты в открытые и израненные родовые пути и матки. Но идею, что медицинские работники могут распространять инфекцию, разделяли немногие и всячески замалчивали многие. Дело в том, что эта спорная концепция могла стоить не одному врачу карьеры.

Первым, кто ее высказал, был шотландский хирург Александер Гордон. В 1795 году он писал в своем “Трактате об абердинской эпидемии пуэрперальной горячки”¹⁴.

 

У меня имеются неоспоримые доказательства того, что причиной этой болезни послужила особая контагия, или инфекция <…> [поскольку]эта болезнь поражала лишь тех женщин, у которых проводили осмотр или принимали роды врачи или о которых заботились сестры, перед тем работавшие с пациентками, страдающими этой болезнью.

 

Гордон также отметил сходство между похожим на молоко веществом, находимым в матках женщин, умиравших от пуэрперальной горячки, и гнойными выделениями, наблюдаемыми при роже или нагноениях ран. Он указывал, что “если хирург, препарируя путридное [содержащее гной] тело, царапает себе палец, там возникает нагноение”. Способ лечения пуэрперальной горячки, который предлагал Гордон, был почти что средневековым: извлечение кровопусканием полутора пинт крови у женщин, которые во многих случаях уже потеряли немало крови в результате кровотечений во время родов. Но предложенный им способ предотвращать распространение этой болезни был совершенно правильным:

 

Одежду и постельное белье пациенток следует либо сжигать, либо основательно очищать, а сестры и врачи, работавшие с пациентками, страдающими пуэрперальной горячкой, должны тщательно мыться и должным образом окуривать [дымящейся серой] свою одежду, прежде чем надевать ее снова.

 

Сходные меры уже принимались для остановки вспышек кори и натуральной оспы, которые, как считалось, порождались миазмами, а затем передавались от человека к человеку.

Гордон оказался первым из целой череды врачей, которые оскорбили больше людей, чем убедили, доказывая необходимость мытья рук и обеззараживания. Полстолетия спустя по другую сторону Атлантики юный Оливер Уэнделл Холмс безуспешно пытался заставить врачей признать инфекционную природу пуэрперальной горячки. Отвергнутый всеми как еще один сумасшедший “врач?контагионист”, четыре года спустя, в 1847?м, он оставил медицинскую практику и стал преподавать в Гарварде, а также снискал себе мировую славу блистательного литератора, в то время как о его медицинском открытии все прочно забыли¹⁵.

В тот же год, когда Холмс оставил медицинскую практику, венгерский врач Игнац Земмельвайс представил убедительные доказательства справедливости выводов Гордона и Холмса. Работая в знаменитой Общей больнице города Вены, он сумел обратить вспять стремительный рост заболеваемости послеродовой горячкой, настояв на том, чтобы врачи и студенты, проводившие вскрытия, тщательно очищали руки хлорной известью (отбеливающим порошком), прежде чем принимать роды у женщин. Но по ходу дела этот хмурый и нелюбезный венгр так оскорбил своих венских коллег, предполагая за ними преступную небрежность, что они дружно обратились против него. Лишенный в 1850 году полномочий, позволявших ему проводить свои исследования, Земмельвайс вскоре уволился с медицинского факультета Венского университета и вернулся к себе на родину, в Венгрию, где у него началось психическое расстройство. Новые венские роженицы, чей несостоявшийся спаситель оказался в сумасшедшем доме, опять начали умирать. По жестокой иронии судьбы, изолированный от общества Земмельвайс тоже умер от тяжелого заражения крови, скорее всего развившегося из?за порезанного пальца в ходе одного из последних вскрытий, которые он проводил на медицинском факультете.

К тому времени многие европейские и американские врачи разделились на два лагеря: контагионистов, защищавших микробную теорию, и гигиенистов, продолжавших держаться за концепцию миазмов, дополненную оговоркой, что этот “ядовитый воздух” порождается грязью и разложением.

Рядом исследователей, принадлежавших к лагерю контагионистов, было отмечено присутствие в пораженных тканях микроорганизмов. Но многие отвечали на это, что даже если бактерии и правда присутствуют в крови и тканях больных, они не вызывают самих болезней, а лишь зарождаются (самопроизвольно) в мертвых и умирающих тканях¹⁶. Даже прославленный прусский зоолог Христиан Эренберг, который в 1847 году предложил сам термин “бактерия” (образованный от греческого baktron – “палочка”), утверждал, что смотрит “с неодобрением на новомодную идею, будто микробы могут вызывать болезни”¹⁷. И все же немногие из тех, кто занимался медицинскими исследованиями, не оставляли подозрений, что за инфекционными заболеваниями могут стоять некоторые разновидности микроскопических жизненных форм. В 1770 году английский врач Бенджамин Мартен писал:

 

Первоначальная и неотъемлемая причина [туберкулеза], по поводу которой одни удовлетворяются тем, что именуют ее серьезным нарушением соотношения соков, другие – соленой желчностью, третьи – особым брожением, а четвертые – злокачественной жидкостью, может, вероятно, быть каким?то определенным видом Animalculae [“зверушек”], то есть удивительных крошечных живых существ, которые из?за особенностей их строения или из?за каких?то своих вредоносных частей враждебны нашей природе¹⁸.

 

Далее Мартен признал, что его новая теория “несомненно, покажется странной превеликому множеству людей”. На самом деле подобные причудливые идеи в то время уже стали предметом постоянных насмешек, о чем свидетельствует написанная Сэмюэлом Футом в 1768 году комедия “Дьявол на двух палках”. В этой пьесе дьявол в обличье “доктора Хеллбора”, новоявленного президента Лондонского медицинского колледжа, приглашает присутствующих врачей и сановников взглянуть в микроскоп на “маленьких существ, похожих на желтых мух”, которые, как он открыл, служат причиной всех болезней. Какое же доктор Хеллбор предлагает лечение?

 

Я даю каждому пациенту две целых и одну пятидесятую часть скрупула овариев, то есть яиц, паука, пищеварительные силы перебрасывают их в секреторные органы, где они отделяются от пищевых частиц, а затем попадают в органы кровообращения, где, найдя подходящий нидус, то есть гнездо, они выходят из состояния покоя и оживают, а ожив, распознают мух, свою естественную пищу, и немедленно набрасываются на них, истребляя их породу в кровотоке и восстанавливая здоровье пациента.

 

Что же до избавления от самих пауков, то доктор Хеллбор уверяет врачей, что

 

они, знаете ли, умирают в отсутствие питания. Затем я посылаю пациента в Брайтхелмстоун, где пара погружений в соленую воду позволяют ему смыть из своей крови всю паутину¹⁹.

 

Контагионисты оставались предметом насмешек даже столетие спустя, когда прославленный немецкий патолог Якоб Генле из Гёттингенского университета формулировал эту проблему для своих студентов следующим образом: “Прежде чем микроскопические формы можно будет считать причиной инфекций, должно быть показано их неизменное присутствие в инфекционном материале, откуда они должны быть выделены, и их сила [способность вызывать заражение] должна быть проверена”²⁰.

В 1876 году бывший студент Генле, Роберт Кох, начал выполнять одно за другим сформулированные профессором требования доказательства, или “постулаты”, которые сегодня связывают с именем младшего исследователя. Кох проводил свои опыты на бактерии Bacillus anthracis, возбудителе сибирской язвы, а также на Mycobacterium tuberculosis, возбудителе туберкулеза. Он неоднократно продемонстрировал, что этих бактерий можно выделять из крови или мокроты зараженных животных и пациентов, выращивать в лабораторных условиях, а затем вводить здоровым лабораторным животным, вызывая у них соответствующее заболевание.

Соперник Коха на научном поприще французский химик Луи Пастер к тому времени уже показал, что переносимые по воздуху микроорганизмы могут нарушать правильный ход брожения при производстве вина и пива, и это заставило его предположить, что переносимые по воздуху микробы могут сходным образом вызывать “загнивание” открытых ран. Идеи Пастера так впечатлили английского хирурга Джозефа Листера, что начиная с 1865 года он стал окунать перевязочные материалы и хирургические инструменты в обеззараживающий раствор карболовой кислоты – и даже лить эту едкую жидкость непосредственно в раны пациентов. Хотя Листер и уступал в мастерстве величайшим хирургам того времени, он быстро снискал мировую славу беспрецедентно высокой выживаемостью своих пациентов. За следующие лет десять добродушный и благовоспитанный Листер сумел убедить значительную часть западных медиков начать использовать антисептики и асептические методы проведения хирургических операций.

Тем временем Пастер понял, что, прежде чем все поверят в распространение болезней микробами, физически передающимися от одного человека к другому, кому?то нужно опровергнуть стойкое убеждение, что микробы зарождаются самопроизвольно. Один из профессоров, у которых учился Пастер, Антуан Балар, помог ему придумать эксперимент, позволивший сделать именно это. Пастер залил в ряд стеклянных колб некоторое количество бульона, стерилизовал и колбы и бульон нагреванием, а затем с помощью горелки вытянул горлышко каждой из этих колб, так что оно образовало тонкий изгиб, по которому в колбу мог проходить воздух, но не могли попадать частицы пыли вместе с их невидимой ношей из микроорганизмов. Рисунок пастеровской “колбы с лебединой шеей” стал одним из самых известных изображений в биологии.

 

 

Как и предсказывал Пастер, бульон оставался прозрачным до тех пор, пока он не отламывал стеклянное горлышко, тем самым пропуская в колбу пыль, переносящую микробов. После их попадания в бульон тот вскоре становился мутным. Так Пастер не только доказал, что микроорганизмы не могут самопроизвольно возникать из стерильного вещества, но и продемонстрировал, что они незримо присутствуют в окружающем нас воздухе.

После этого Пастер показал, что нагреванием можно убивать также болезнетворных бактерий, содержащихся в пище и воде. Его метод пастеризации молока сразу же резко сократил распространение туберкулеза от зараженных коров и молочниц. Подход, основанный на микробной теории, и формирующиеся представления об иммунной системе также подстегнули развитие методов получения вакцин. Пастер и другие ученые нашли способы ослаблять, или аттенуировать, бактерий и вирусов, так что они сохранялись в организме достаточно долго, чтобы у человека выработался иммунитет, но при этом не вызывали у него серьезного заболевания. Такой способ позволил ему, в 1881 и 1882 годах, получить действенные вакцины против бактерии сибирской язвы и вируса бешенства. А в 1890 году сотрудник лаборатории Коха Эмиль фон Беринг получил первые противотоксические сыворотки, которые быстро обучали иммунную систему уничтожать токсичные вещества, вырабатываемые микробами Corynebacterium diphtheriae и Clostridium tetani, возбудителями дифтерии и столбняка соответственно.

Первым охотникам за микробами еще не удалось найти принципиальных различий между предельно простыми прокариотическими клетками бактерий (которым и посвящена эта книга) и более крупными и сложнее устроенными эукариотическими клетками таких микроскопических паразитов, как простейшие (например, возбудителей малярии, лямблиоза и амёбиаза) и грибы (например, возбудителей молочницы и стригущего лишая), которые встречаются намного реже²¹. Кроме того, они ошибочно полагали, что вирусы – это тоже болезнетворные микроорганизмы, только слишком маленькие, чтобы их можно было разглядеть даже в самый мощный из микроскопов того времени. Теперь мы знаем, что вирусы – это неживые частицы, состоящие из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) в белковой оболочке, которые проникают в наши клетки и там по ошибке копируются в огромных количествах, запуская новый виток инфекции. Но эти различия не имели большого значения для профилактики инфекций путем стерилизации, вызывающей не только гибель микробов, но и химическую денатурацию вирусов. Вакцины тоже оказались действенным средством как против живых организмов, так и против вирусов, потому что принцип их работы состоит в том, чтобы предупреждать иммунную систему – она должна быть готова немедленно отреагировать на характерный белок или иной химический маркер, связанный с определенным микробом, вирусом или любым другим потенциально опасным веществом, например с дифтерийным токсином.

 

Гигиенисты

 

По иронии судьбы, главный прорыв, приблизивший избавление цивилизации от череды смертельных эпидемий, сделали представители лагеря, не верившего в микробов. Великое пробуждение санитарии в середине XIX века началось, когда высшие слои общества в Лондоне, Париже и Нью?Йорке забеспокоились по поводу возрастающей скученности жизни в городских трущобах, где выгребные ямы, открытая канализация и гниющие отходы стали, на их взгляд, рассадником миазмов. Предполагалось, что ядовитый воздух самопроизвольно возникает из грязи и разложения, а затем еженощно переносится в фешенебельные районы. Городские власти стали разворачивать уборку мусора во всех углах и нанимать инженеров для перепланировки систем канализации. Даже священнослужители приняли участие в этой кампании, ссылаясь на богослова XVIII века Джона Уэсли, который убеждал своих прихожан среднего класса “учить всех бедных, которых вы посещаете, <…> еще двум вещам, с которыми они обычно плохо знакомы: усердию и чистоплотности”²².

Школа здравоохранения, основанная на принципе “чистоплотность сродни благочестию”, обрела своего самого успешного поборника во время Крымской войны в лице прославленной “леди со светильником” – Флоренс Найтингейл. В 1854 году, после скандальных известий об условиях, царивших в военно?полевых госпиталях, она вместе с тридцатью с лишним помощницами, сестрами милосердия и монахинями, отправилась в Скутари (теперь это Ускюдар в современной Турции), чтобы заботиться о раненых английских солдатах. Хотя она отчитывалась непосредственно перед британским военным министром, Флоренс писала, что работает “кухаркой, экономкой, уборщицей <…> и прачкой” и видит свою личную миссию в том, чтобы уничтожить миазмы, убивавшие намного больше солдат, чем пули или штыки”.

В письме к своей матери Флоренс хвалилась тем, что избавила свои палаты от холеры, поместив в каждом углу по мешку хлорной извести, как будто само присутствие обеззараживающего вещества уже каким?то образом очищало воздух от отравы. Она также приписывала снижение частоты заражений введенной ею практике “закапывать дохлых собак и белить зараженные стены, потому что то и другое служит причиной массового развития лихорадки”²³. Хотя она и неправильно понимала, кто настоящий враг ее госпиталей, но, денно и нощно заботясь о чистоте, добилась заметного снижения частоты заражений, и ее воспоминания “Как нужно ухаживать за больными”, опубликованные в 1859 году, стали международным бестселлером.

Но если Англия дала миру героиню борьбы за гигиену, то Соединенные Штаты, в свою очередь, породили другого великого поборника чистоты – полковника Джорджа Уэринга, напоминавшего германского кайзера тем, что на радость художникам?карикатуристам он вощил свои тонкие белые усы, делая их прямыми и торчащими словно по стойке “смирно”. Получив гражданское инженерное образование, Уэринг дослужился до полковника во время Гражданской войны, а в годы послевоенного восстановления стал членом Национального совета по здравоохранению и ездил по стране, консультируя городские власти по вопросам строительства воздухонепроницаемых бетонных систем канализации, что, как он утверждал, позволяло предотвращать истечение газообразных миазмов²⁴. В действительности канализационные системы Уэринга творили свои чудеса за счет того, что не допускали попадания отходов человеческой жизнедеятельности в питьевую воду. Тем самым они обеспечивали беспрецедентный уровень защищенности от таких смертельных желудочно?кишечных заболеваний, как холера, дизентерия и брюшной тиф. И по справедливости стали для всего мира образцом современных гигиеничных канализационных систем.

Но вклад полковника Уэринга в улучшение санитарных условий этим не ограничился. В 1895 году, во время непродолжительного правления мэра?рефоматора Уильяма Стронга, Уэринг занялся очисткой города Нью?Йорка. Он обнаружил городские улицы “почти неизменно в грязнейшем состоянии. В сырую погоду они покрывались слякотью, а в сухую воздух наполнялся пылью. <…> Всевозможный мусор, отходы и выброшенная зола валялись по улицам и в жаркую погоду издавали зловоние, выделяя гнилостные органические вещества, <…> и следы черного разложения были видны и слышны повсюду”²⁵.

Составленное Уэрингом описание подтверждается фотографиями Манхэттена тех лет, демонстрирующими улицы, по колено заваленные навозом, разлагающимся мусором и трупами животных – не только собак и кошек, но даже городских рабочих лошадей, падеж которых в упряжках достигал, по имеющимся оценкам, пятнадцати тысяч голов в год. Повсюду кружили мухи. А немногие существовавшие канализационные трубопроводы сбрасывали неочищенные сточные воды непосредственно в гавань и в реки, со всех сторон огибавшие Манхэттен.

Несмотря на свою нетерпимость в отношении политиков, Уэринг умел воодушевлять общественность. Он сделал символом отдела улучшения санитарных условий каду?цей (жезл врача) и наклеил его на сотни блестящих новых повозок для уборки мусора. А свою новую армию из семи тысяч трехсот уборщиков он одел в сияющую белую униформу, напоминавшую скорее костюмы военных санитаров, чем спецодежду мусорщиков. В газетах писали, что когда Уэринг впервые вывел облаченные в униформу отряды “белых крыльев” на городской парад, толпы людей собрались, чтобы посмеяться, и остались, чтобы повосхищаться. “Его метла спасла больше жизней в переполненных многоквартирных домах, чем целый полк врачей”, – писал впоследствии журналист и борец с коррупцией Якоб Риис²⁶. Уэринг завербовал для участия в своей кампании даже городских детей, организовав детскую лигу улучшения санитарных условий. Под лозунгом “Чистоплотность заразительна” нью?йоркский городской отдел здравоохранения вручал значки, удостоверения, белые шапочки и призы тысячам детей, которые давали торжественные обещания, пели песни, вычищали школьные дворы и добивались от своих семей соблюдения “современных санитарных правил”.

В 1897 году, когда к власти в Нью?Йорке вернулось политическое общество Таммани?холл, Уэринг подал в отставку. Но в конце своего непродолжительного правления он мог по праву похвастаться: “Нью?Йорк теперь целиком и полностью чист”. Город стал одним из самых чистых, если не самым чистым, во всем мире. Важнее же всего то, что в своем последнем отчете Уэринг мог отметить:

 

Для сравнения со средней смертностью 26,78 %, отмечавшейся в 1882–1894 гг., в 1895 г. смертность составила 23,10, в 1896 г. – 21,52, а в первой половине 1897 г. – 19,63. Если последний показатель сохранится на протяжении всего года, это будет означать, что в городе будет отмечено на 15 000 смертей меньше, чем было бы, если бы смертность сохранилась в основном на уровне средней за предшествующие 13 лет²⁷.

 

Коммунальное водоснабжение и канализационные системы привели также к широкому внедрению внутренних трубопроводов, обеспечивших людей как чистой водопроводной водой, так и домашними туалетами со смывными бачками. Внутренние трубопроводы, уже широко распространившиеся в Северной Европе, постепенно становились все популярнее, проникая из северо?восточных штатов в южные и западные и из городских кварталов в сельские районы.

Чудеса улучшения санитарных условий во многом разорвали порочный круг эпидемий инфекций, передающихся через воду, которые начались в результате скученности еще во времена возникновения цивилизации. Наряду с достижениями медицинской гигиены (обеззараживанием хирургических инструментов и перевязочных материалов), этим во многом и объясняется отмеченное в развитых странах увеличение продолжительности жизни почти вдвое: в США средняя продолжительность выросла с 38 лет в 1850 году, когда начались первые реформы в области общественной гигиены, до 66 лет в 1950?м, непосредственно перед началом широкого применения антибиотиков²⁸.

 

Поиски “волшебных пуль”

 

Полученные Кохом и Пастером доказательства того, что определенные микробы вызывают определенные заболевания, вдохновили новое поколение ученых, занимавшихся медицинскими исследованиями, на полномасштабную войну с миром бактерий, целью которой было их истребление.

Объявив эту войну, они проигнорировали не столь радикальные взгляды, свойственные Пастеру, который отмечал, что не все бактерии приносят вред и что многие из них, если не большинство, могут быть полезны. Он, в частности, показал, что лабораторных животных можно защитить от фатальных последствий инъекций возбудителя сибирской язвы, если одновременно вводить им смесь из разных неболезнетворных бактерий, полученных из почвы и экскрементов. Разве это не доказывает, спрашивал Пастер, что некоторые бактерии действительно могут защищать от болезней? Далее Пастер предположил, что большинство бактерий, находящихся на поверхности кожи, во рту и в пищеварительном тракте как животных, так и человека, не только благотворны, но и необходимы для жизни. Он дошел даже до утверждения, что нормальный набор бактерий нашего организма может оказаться необходимым для выживания. Он убеждал своих учеников проверить эту идею, попытавшись выращивать лабораторных животных в совершенно безмикробных условиях: “Если бы у меня было на это время, я провел бы такое исследование, исходя из априорного представления, что жизнь в таких условиях окажется невозможной”²⁹.

Величайший из сотрудников пастеровского института, будущий нобелевский лауреат Илья Мечников, открыто насмехался над тем, что представлялось ему наивностью его наставника. Мечников считал бактерий наихудшей разновидностью паразитов. Он видел в “гниении”, вызываемом бактериями в человеческом пищеварительном тракте, причины старческой немощи, атеросклероза и сокращенной продолжительности жизни. Он категорически не советовал есть сырые овощи и фрукты (чтобы “препятствовать проникновению “диких” микробов”) и предполагал, что когда?нибудь хирурги будут в порядке вещей удалять людям толстые кишки только для того, чтобы избавить нас от “хронического отравления их обильной кишечной флорой”. Пока же, признавал он, “рациональнее действовать непосредственно на вредные микробы, населяющие наши толстые кишки”³⁰. В то же время жена Мечникова Ольга, увлеченно занимавшаяся наукой, осуществила идею Пастера проверить роль бактерий в поддержании жизни, и ее безуспешная попытка содержать головастиков в стерильных условиях, несомненно, служила в доме Мечниковых поводом для горячих споров³¹. Но именно представление Мечникова о том, что хороший микроб – это мертвый микроб, возобладало в итоге в мире медицины.

Первые успехи в войне с бактериальными инфекциями были связаны с вакцинами. Если вакцина действовала, она нередко действовала блестяще, вырабатывая у людей иммунитет надолго, иногда на всю жизнь. Но как и улучшение санитарных условий, вакцины позволяли лишь предотвращать развитие инфекций, а не лечить от них людей. Наука XIX века могла мало что предложить для лечения инфекционных заболеваний, помимо нескольких высокотоксичных противомикробных средств, таких как ртуть или мышьяк, способных убить не только возбудителей заболевания, но и самих пациентов.

В 1885 году немецкий патолог Пауль Эрлих пришел к выводу, что современной медицине нужна “волшебная пуля”, которая разрушала бы бактериальные клетки, не причиняя вреда клеткам человеческого организма. Эта идея была отнюдь не праздной мечтой: она была основана на собственных наблюдениях Эрлиха, которые показывали, что бактериальные клетки принципиально отличаются от наших. За год до этого датский микробиолог Ганс Кристиан Грам продемонстрировал, что всех бактерий можно разделить на две фундаментальные группы (теперь называемые грамположительными и грамотрицательными бактериями) в зависимости от того, как их клетки впитывают и сохраняют в себе метиловый фиолетовый краситель. Эрлих понял, что разница между этими двумя группами обусловлена различиями в строении полужесткой клеточной стенки, окружающей тонкую клеточную мембрану бактериальных, но не животных клеток, в том числе человеческих.

Эрлих рассудил, что если ему удастся найти токсичный краситель, способный впитывать только бактериальные клетки, это вещество может оказаться той самой “волшебной пулей”, о которой он мечтал. После этого он испытал более девятисот красителей и близких к ним соединений. В 1908 году он обнаружил, что соединение 606, впоследствии получившее название “сальварсан”, эффективно против грамотрицательного возбудителя сифилиса. Но сальварсан отнюдь не был безвреден для пациентов. Помимо того что он оказывал разрушительное действие на печень, этот токсичный препарат иногда приводил к тому, что пациенту приходилось ампутировать руку, после того как в процессе инъекции некоторое количество препарата случайно вытекало из вены. Тем не менее открытие сальварсана спасло тысячи жизней и подтолкнуло ряд европейских химических предприятий на финансирование исследований, направленных на поиск других веществ, которые обладали бы избирательной токсичностью для бактерий. Эти дальнейшие исследования позволили разработать сульфаниламидные препараты, полученные, как и сальварсан, на основе красителей. Эти препараты оказались удивительно эффективным средством против целого ряда грамположительных бактерий, в том числе пиогенного стрептококка (Streptococcus pyogenes), вызывающего ангину и скарлатину, а также умеренно эффективным средством против золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) – другой грамположительной бактерии, одного из важнейших возбудителей инфекционных заболеваний кожи и заражений крови.

Тем временем человечество приблизилось к открытию первого настоящего антибиотика, то есть, по определению, противомикробного средства, производимого другим микробом. В 1896 году французский студент?медик Эрнест Дюшен изучал, как различные микроорганизмы конкурируют друг с другом в культурах, выращиваемых на питательной среде, и установил, что плесневый грибок пеницилл (Penicillium glaucum) с легкостью подавляет рост колоний обыкновенной кишечной палочки (Escherichia coli). Впоследствии он показал, что лабораторные крысы не умирают, если вводить им возбудителей брюшного тифа в количестве, которое должно быть смертельным, одновременно с препаратом этого гриба. К сожалению, сам Дюшен умер от туберкулеза, не успев завершить свои исследования.

В течение следующих двадцати лет плесневые грибы из рода Penicillium привлекли внимание ряда других исследователей, самым знаменитым из которых стал биохимик Александр Флеминг, в 1928 году обративший внимание на зараженную плесенью культуру золотистого стафилококка, которую он выращивал в чашке Петри. Слова, сказанные им своему помощнику, отличались необычайной сдержанностью, благодаря чему и вошли в историю: “А это забавно”. Дело в том, что хотя лабораторные культуры нередко заражались плесенью, оказалось, эта плесень убивает вокруг себя всех стафилококков.

Следующим принципиальным этапом должно было стать выделение и очистка ощутимого количества убивающего бактерий вещества, выделяемого плесенью. Во время Второй мировой войны химики из Оксфордского университета Говард Флори и Эрнст Чейн усовершенствовали соответствующую технологию, чем спасли жизни сотен солдат союзнических армий. Тем временем американский почвовед французского происхождения Рене Дюбо открыл еще более плодотворный путь получения антибиотиков. Дюбо с давних пор восхищало изобилие и разнообразие бактерий, которых можно найти в любом комке грязи, способных разрушать, или расщеплять, едва ли не что угодно. Более того, он справедливо полагал, что все мы были бы по колено завалены останками животных и растений, если бы не способность почвенных бактерий эти останки перерабатывать. Кроме того, он рассудил, что почвенные бактерии должны использовать друг против друга целый набор биохимического оружия в непрерывной борьбе за пространство и пищу в своем перенаселенном подземном мире. Поэтому в тридцатых годах он начал проверять всевозможные формы безвредных почвенных бактерий на предмет их способности убивать своих болезнетворных собратьев.

В 1939 году – почти за десять лет до начала широкого применения пенициллина – Дюбо выделил из почвенной бактерии Bacillus brevis антибиотик грамицидин. Хотя грамицидин и оказался слишком токсичным для внутреннего применения, его можно было лить в открытые раны, чтобы предотвращать или останавливать развитие инфекций. Как и в случае с сальварсаном, частичный успех грамицидина подтолкнул множество исследователей заняться активными поисками новых антибиотиков. В течение последующих двадцати лет – золотого века поиска антибиотиков – почвенные бактерии обеспечили современную медицину большинством противобактериальных средств, используемых и по сей день. В 1962 году нобелевский лауреат Макфарлейн Бёрнет, специалист по медицинской микробиологии, в предисловии к новому изданию своей прославленной “Естественной истории инфекционных заболеваний” чуть ли не оправдывался, отмечая, какую революцию антибиотики произвели в медицине: “…порой возникает ощущение, что писать сегодня об инфекционных заболеваниях значит писать о вещах, которые уже едва ли не ушли в историю”³².

 

 

Часть 2

Жизнь на человеке

 

Всех людей, живущих в наших Соединенных провинциях, не так много, как живых существ, которых я ношу в настоящий момент у себя во рту.

 

Наше тело как экосистема

 

Экология как наука об окружающей среде оставалась неясным и малоисследованным направлением до начала шестидесятых годов прошлого века, когда такие биологи, как Рейчел Карсон, начали описывать принимавшие угрожающие размеры последствия ущерба, наносимого окружающей среде людьми. Слова “экология” и “энвайронментализм” сделались частью нашего повседневного лексикона едва ли не исключительно благодаря ее бестселлеру “Безмолвная весна”, опубликованному в 1962 году. В том же году бактериолог из Университета Вашингтона в Сент?Луисе Теодор Роузбери опубликовал трактат об экосистеме, еще более близкой, но намного хуже знакомой нам, чем описанные Рейчел Карсон поля и леса, лишенные птиц. В своей книге “Микроорганизмы, населяющие тело человека” Роузбери обобщил все имевшиеся на тот момент сведения о жизненных формах бактерий, обитающих на просторах человеческого тела, и об их взаимодействиях с собственной “окружающей средой”, как благотворных, так и вредных для нас¹. Эта книга стала первой в истории науки исчерпывающей переписью человеческой “микрофлоры”, равно как и того немногого, что было известно о ее деятельности.

Хотя свою книгу Роузбери написал предельно сухим научным языком, этот куривший трубку профессор с бородкой клинышком имел у себя в университете дурную славу из?за склонности будоражить воображение студентов на лекциях и семинарах, увлекательно и колоритно описывая жизнь микрорельефа нашего тела. Эти описания выходили за пределы просто отталкивающих картин и достигали эффекта какой?то особой, странной красоты. Предметом одной из излюбленных его историй был взгляд “глазами микроба” на пиршество, показанное в знаменитой сцене оскароносного фильма “Том Джонс”, которую часто называют самым сексуальным ужином в истории кино:

 

Я добавил к цветной кинокамере [Тони] Ричардсона свой воображаемый микроскоп и смог мысленно увидеть крупным планом маленькие углубления в деснах Тома и Дженни во время их пиршества и разглядеть кипящую там жизнь микробов: неистово движущихся и вибрирующих спирохет, скользящих взад и вперед более толстых, штопорообразных спирилл и вибрионов, а также вялые и неподвижные цепочки, скопления и колонии бацилл и кокков, сгрудившихся вокруг или бурлящих среди отстающих чешуек эпителия и волокон и остатков клеток и пищевых частиц. Как и те большие и прекрасные животные, во рту которых они живут, это тоже организмы, живые существа, и я представил себе, как они, в точности как Том и Дженни, самозабвенно насыщаются, утоляя голод, который им долго пришлось терпеть².

 

Роузбери понимал, что идея человеческого тела как микробной экосистемы была близка студентам шестидесятых. “Они отвергают многие наши ценности, в том числе целиком и полностью нашу опрятность, видя в чистоплотности часть фальши лицемерного мира, – отмечал он. – Миф о том, что микробы и грязь – это всегда наши враги, вреден и дорогостоящ. От него следует избавиться”³. Тесно сплетенное сообщество микробов, населяющих наш организм, утверждал Роузбери, служит для человечества сильнейшим бастионом в его борьбе с вторжениями других микробов, не так хорошо адаптированных и вызывающих болезни. Коротко говоря, бактерии составляют неотъемлемую часть экосистемы здорового человека.

Описывая в этом ключе рождение человека, Роузбери называл его появлением нового надела микробной недвижимости, заселение которого приводит к слиянию двух крайне непохожих царств живой природы. Если в течение первых нескольких часов, дней, месяцев и лет человеческой жизни все пойдет нормально, конечным результатом этого слияния станет формирование защитной армии микробов. Эта “национальная гвардия” развернется на всей коже и на всех слизистых оболочках ребенка, от макушки до потеющих промежутков между пальцами ног, и по всем ходам дыхательной системы и пищеварительного тракта. При этом, как подчеркивал Роузбери, скорее всего процесс пойдет нормально. Младенец будет благополучно расти в мире, наполненном микробами, и инстинкты заставят его хватать руками и засовывать в рот все загрязненные бактериями предметы, до которых он сможет дотянуться. Такая же инстинктивная склонность, как предполагал Роузбери, подталкивает родителей, братьев, сестер и домашних животных прибавлять к этому свои несущие микробов поцелуи, тисканье и облизывание.

Приготовления к союзу микробов и человека начинаются еще до рождения. В середине беременности гормональный сдвиг приводит к тому, что клетки, выстилающие влагалище будущей матери, начинают накапливать углевод гликоген – излюбленную пищу толстых, похожих на сосиски микроорганизмов, которых называют лактобактериями. Сбраживая гликоген и превращая его в молочную кислоту, эти бактерии снижают показатель pH влагалища до уровня, препятствующего росту потенциально опасных чужеродных микробов. К таким микробам относятся некоторые кишечные бактерии, которые могут случайно попасть из заднего прохода во влагалище, а затем расплодиться и добраться до матки, вызывая развитие инфекции, угрожающей нормальному ходу беременности. Кроме того, производящие кислоту лактобактерии обеспечивают частичную защиту от передаваемых половым путем гонококков (Neisseria gonorrhoeae) и хламидий (Chlamydia trachomatis), которые могут вызывать слепоту у новорожденных, зараженных во время выхода из родовых путей⁴.

Некоторые лактобактерии влагалища производят также перекись водорода, то есть, по сути, то самое шипучее дезинфицирующее средство, которым матери заливают ссадины на коленках своих детей⁵. Эти чрезвычайно воинственные лактобактерии особенно успешно противостоят росту стрептококков группы B (Streptococcus agalactiae). Такие стрептококки, часто живущие во влагалищах женщин, лишенных производящих перекись водорода лактобактерий, по сей день остаются одной из главных причин детской смертности⁶. Каждый год они вызывают в Соединенных Штатах тысячи опасных для жизни случаев пневмонии, менингита и кровяных инфекций преимущественно у младенцев в возрасте меньше месяца. Поскольку естественная защита лактобактерий далеко не вполне надежна, западные акушеры имеют обыкновение назначать антибиотики роженицам, чей анализ на стрептококков группы B оказывается положительным. Ирония состоит в том, что эти стрептококки часто попадают в родовые пути именно по вине антибиотиков, прописанных женщине ранее (для лечения какой?то другой инфекции), потому что эти антибиотики нередко нарушают работу защитных лактобактерий.

 

В уста младенцев

 

Разносторонний Теодор Роузбери изучал в течение своей жизни все: от определяемого бактериями “фекального запаха тела” (то есть запаха кишечных газов) до угрозы бактерий как биологического оружия. И все же его работа в Стоматологической школе Университета Вашингтона предполагала прежде всего исследования микробной экосистемы ротовой полости. Его глубокие познания в этой области дали нам первое исчерпывающее описание возникновения и созревания сообщества микроорганизмов, живущих во рту здорового человека.

Первый обильный посев бактерий в уста младенца обычно происходит во время родов, когда на его губы попадают лактобактерии из родовых путей матери. С первым глотком материнского молока к этим лактобактериям присоединяются миллионы бифидобактерий – родственной лактобактериям группы производящих кислоту микроорганизмов. Эти коренастые, вилочковидные бактерии загадочным образом появляются внутри и вокруг сосков набухающей женской груди на восьмом месяце беременности. Там бифидобактерии выделяют сильнодействующую смесь кислот и антибиотиков, отгоняющих таких потенциально опасных микробов, как золотистый стафилококк (с его отвратительной склонностью заражать даже маленькие ранки, возникающие у младенцев из?за прыщиков). Внезапное появление бифидобактерий на женской груди в конце беременности озадачивало Роузбери, потому что эти бактерии анаэробны, то есть “кислородобоязненны” – иными словами, не способны к выживанию на открытом воздухе. Выяснилось, что они растут глубоко в бескислородных камерах млечных протоков и вытекают наружу с первыми незаметными каплями молозива, или “предмолока”. Хотя сами бифидобактерии и гибнут на открытом воздухе, они оставляют после себя кислоты, которые часами сохраняются на поверхности груди и во рту младенца. Вместе с лактобактериями они помогают осуществить отбор первых постоянных обитателей ротовой полости. К таким обитателям относится устойчивый к кислоте слюнной стрептококк (Streptococcus salivarius) – похожие на бусины бактерии, появляющиеся на языке младенца в течение первого дня его жизни. С помощью сильных адгезинов (биохимических крючков?зацепок) этот “хороший” стрептококк прикрепляет свои цепочечные колонии к загрубевшей поверхности языка и остается там в качестве одного из преобладающих видов обитателей здоровой ротовой полости. Несколько других видов стрептококка, такие как S. oralis и S. mitis, поселяются во рту в течение первой недели человеческой жизни. То же относится и к одной или нескольким видам нейссерий (Neisseria), которые выглядят как парные шарики, расселяющиеся по деснам, нёбу и внутренней поверхности щек⁷. Если новорожденному повезет, в числе поселившихся у него во рту нейссерий окажутся и пушистые бурые шарики вида N. lactamica, бурно растущего на лактозе (молочном сахаре). Раннее заселение ротовой полости этими бактериями вырабатывает у младенца сильный иммунитет к их опасному собрату N. meningitidis – самому распространенному возбудителю бактериального менингита, потенциально смертельного воспаления оболочек головного и спинного мозга⁸.

Откуда берутся эти ранние поселенцы? Определив специфические разновидности бактерий, живущих во рту у детей, исследователи выяснили, что подавляющее большинство их поступает напрямую изо рта матери, до которого во время кормления всегда могут дотянуться тонкие пальчики младенца⁹. Остающиеся в кровотоке новорожденного материнские антитела (передаваемые во время беременности) могут дополнительно способствовать росту микроорганизмов, которых они признают за “своих”. Второе место среди источников бактериальных поселенцев ротовой полости младенца занимают старшие братья и сестры, особенно братья – возможно, из?за их неидеальной личной гигиены.

По ходу установления постоянного режима кормления младенца (естественного или искусственного) население бактерий у него во рту идет то на подъем, то на спад, в соответствии с молочными приливами и отливами. С каждым приемом пищи происходит вспышка численности живущих во рту микроорганизмов, затем численность эта вновь снижается. Слюнные железы тоже служат для бактерий источником пищи, более постоянной, но менее обильной: водянистой смеси белков, углеводов и минеральных веществ. Эпителиальные клетки, выстилающие поверхность щек и миндалин, понемногу выделяют муцины – слизистые гликопротеины, то есть соединенные с углеводами белки. Муцины служат пищей живущим во рту бактериям, но не дают им непосредственно прикрепляться к нежному эпителию и повреждать его.

Аэробные бактерии первой волны поглощают во рту младенца достаточно кислорода, чтобы создать глубже расположенную зону, в которой могут процветать анаэробные бактерии. Если мы посмотрим в микроскоп на десны младенца, которому исполнилось полтора месяца, мы увидим скопления и цепочки разных бактерий из рода Veillonella и длинные ветвящиеся клетки нескольких разновидностей актиномицетов. Эти анаэробные бактерии питаются биохимическими отходами жизнедеятельности своих соседей, других микроорганизмов, тем самым делая экосистему, которая постепенно становится густонаселенной, более устойчивой.

Пока экосистема ротовой полости не достигла зрелости, младенец остается уязвимым для молочницы полости рта, вызываемой грибком Candida albicans. Колонии этого грибка выглядят как приподнятые пятна, похожие на творог. Выходящие из них гифы, то есть нити, углубляются в ткани ротовой полости, вызывая воспаления и открытые язвочки. По мере роста плотности и разнообразия бактерий, живущих во рту, его грибковое население обычно сокращается до отдельных разрозненных клеток. Если экологическое равновесие полости рта будет чем?то нарушено, из этих клеток могут вновь разрастись болезнетворные колонии. Этим чем?то нередко оказывается курс антибиотиков, прописанных младенцу или кормящей матери.

Следующая волна иммиграции прибывает, когда у младенца начинают прорезаться зубы. Первым из них оказывается стрептококк Streptococcus sanguis – бактерия, отличающаяся непревзойденной способностью прикрепляться к гладкой поверхности эмали маленьких резцов. Когда прорезаются первые моляры (большие коренные зубы), к нему присоединяется Streptococcus mutans, печально известный своей способностью вызывать кариес. К счастью, S. mutans обычно легко удаляется как содержащимися в слюне ослабляющими бактерий антителами, так и напрямую – при приеме твердой пищи или чистке зубов зубной щеткой. Чаще всего он вызывает проблемы, когда ему удается угнездиться в глубоких тканях моляра или в узких щелях между плотно растущими зубами. Некоторые другие разновидности зубных бактерий склонны усаживаться на прикрепленных к эмали стрептококков. Вместе они создают слоистые сообщества, или биопленки, которые восстанавливаются уже через несколько часов после основательной чистки зубов. К середине детского возраста во рту здорового ребенка оказывается уже больше сотни видов бактерий. Максимально возможное их число составляет пятьсот или семьсот видов, а их общая численность может достигать 10 миллиардов клеток (что почти вдвое больше, чем численность человеческого населения Земли).

Роузбери исследовал также бактериальную экосистему носовой полости, связанной с ротовой полостью дыхательными путями. Уже с первым вдохом ребенок втягивает носом тысячи пылевых частиц, несущих бактерий. Эти бактерии сразу же сталкиваются с токсичным варевом из отравляющих веществ. Каждая капля носовой слизи битком набита лизоцимом и дефензинами, молекулы которых пробивают дыры в клеточных стенках бактерий. Кроме того, клейкая слизь носовой полости образует липкую ловушку, где накапливаются поступающие пылевые частицы, которые затем попадают на поле колышущихся ресничек. Эти реснички, напоминающие микроскопические пряди волос, представляют собой живые отростки эпителиальных клеток, выстилающих носовую полость. Их колючие основания непрерывно колеблются, проталкивая вязкую носовую слизь и отправляя попавших в нее микробов к задней стенке глотки, где они могут быть либо проглочены, либо выведены из организма вместе с мокротой.

Несмотря на эти защитные механизмы, носовая полость младенца недолго остается стерильной. В течение двух дней после его рождения там поселяется группа особо цепких бактерий. Во время первого месяца жизни среди них обычно преобладает золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus), но к шести месяцам его, как правило, вытесняет или пневмококк (Streptococcus pneumoniae), или гемофильная палочка (Haemophilus influenzae). К концу первого года к ним присоединяется моракселла (Moraxella catarrhalis). В носовой полости эти бактерии безвредны, но каждая из них может вызывать инфекции в ушах, околоносовых пазухах или легких, если случайно попадет туда и чрезмерно разрастется не на своем месте. Тонкие отличия в составе противомикробных веществ носовой полости младенца могут определять, какие из этих организмов станут ее постоянными жителями. Лишь у немногих людей в носу остаются все четыре вида бактерий.

В шестидесятых годах бактериологи открыли в носовой полости младенцев еще один, более необычный, источник неприятностей. До невозможности маленькие, мягкие клетки бактерии Mycoplasma pneumoniae относятся к числу мельчайших живых организмов. Это представители странного семейства микоплазм. Самые крупные из микоплазм едва достигают одной пятой размера более типичных бактерий, таких как кишечная палочка. Но главная их отличительная особенность – это отсутствие клеточной стенки. Эта кажущаяся уязвимость делает микоплазм невосприимчивыми к действию многих антибиотиков и производимых иммунной системой веществ, мишенью которых служат бактериальные клеточные стенки. Современные педиатры знают, что численность M. pneumoniae в общем составе микробных сообществ периодически возрастает и снижается, совершая пятилетние циклы и вызывая зимние эпидемии болезненных ушных инфекций, а также так называемой микоплазменной пневмонии, причем оба эти заболевания обычно проходят сами, без лечения антибиотиками.

 

Жизнь на поверхности

 

В 1965 году новозеландский микробиолог Мэри Марплс опубликовала книгу, послужившую ценным дополнением к труду Теодора Роузбери “Микроорганизмы, населяющие тело человека”. Беспрецедентная по степени подробности, ее монография “Экология человеческой кожи” была посвящена исследованию того, как “климатические” факторы определяют, какие организмы будут жить у человека на коже. Под “климатом” она подразумевала не только такие факторы, как температура или влажность, но и характер одежды, которую носит человек, особенности его личной гигиены и даже его генетически обусловленные свойства, такие как интенсивность потоотделения. Мэри Марплс рассматривала поверхность человеческого тела не как единое населенное микроорганизмами пространство, но как совокупность разных ландшафтов, от настоящих пустынь на коже рук и ног до лесов умеренной зоны на голове и влажных джунглей под мышками и в паху¹⁰.

Как и в случае с ротовой и носовой полостью, заселение человеческой кожи начинается при рождении – с лактобактерий из родовых путей матери. Эти защитные бактерии добавляют свою молочную кислоту и перекись водорода к антибактериальным ферментам, содержащимся в творожистой смазке, покрывающей тело новорожденного. Лактобактерии, как и бифидобактерии материнского молока, на открытом воздухе вскоре погибают. Но кислотный покров, оставляемый ими после себя, помогает отобрать их преемников из числа бактерий, которые сыплются на новорожденного вместе с частицами пыли и летающими по воздуху хлопьями эпидермиса окружающих людей. Прикосновения рук и дыхание родителей и акушеров тоже переносят бактерий на кожу ребенка.

В числе победителей в этой борьбе за территорию почти всегда оказывается толстая, кремового цвета кислотолюбивая бактерия Staphylococcus epidermis (более благовоспитанный родич золотистого стафилококка). Через два часа после рождения, когда на коже младенца уже погибают все лактобактерии из влагалища матери, стартовый набор

1. epidermis успевает изрядно размножиться в геометрической прогрессии. Если в это время рассмотреть поверхность кожи в электронный микроскоп, на каждой ее клетке можно увидеть от трех до шестнадцати клеток S. epidermis, которые выглядят как пушистые теннисные мячики, разбросанные на жестком цементном корте.

К концу первого дня жизни новорожденного к S. epidermis присоединяется около полудюжины разновидностей коринеформных (то есть булавовидных) бактерий. Самые кислородолюбивые представители этой группы – коринебактерии Corynebacterium jeikeium и C. urealyticum – расселяются по поверхности кожи. Более выносливые C. amycolatum, C. minutissimum и C. striatum поселяются в почти безвоздушных глубинах волосяных фолликулов, а жиролюбивый C. lipophilicus гнездится в кожном сале, обильно покрывающем кожу головы младенца. Как S. epidermis, так и коринебактерии выдерживают концентрации соли, способные вытравить большинство микроорганизмов, и поэтому благополучно процветают в присутствии пота. Через двадцать четыре часа после рождения рост бактериального населения кожи младенца приносит обильные плоды, и плотность кожной микрофлоры составляет уже более тысячи клеток на квадратный сантиметр (или шести тысяч на квадратный дюйм). Столь высокий темп роста сохраняется и на следующий день, так что через сорок восемь часов после рождения плотность бактерий уже превышает десять тысяч на квадратный сантиметр, а к шестой неделе переходит отметку в сто тысяч. При такой высокой плотности преимущественно аэробные первопоселенцы кожи начинают истощать ограниченные запасы кислорода внутри волосяных фолликулов, желез и других углублений, подготавливая почву для следующей волны поселенцев – ветвящихся колоний анаэробных пропионибактерий. К середине детского возраста микрофлора кожи по большей части стабилизируется. Несмотря на то что происходит непрерывный обмен микробами с друзьями и родственниками, запоздалые гости все реже и реже остаются надолго. Все экологические ниши кожи оказываются прочно заняты сплоченным климаксным сообществом бактерий, оставляющих мало места новоприбывшим, как безвредным, так и вредоносным.

“Хотя патогенные организмы постоянно высаживаются на поверхности кожи, они находят там весьма неблагоприятную для себя среду, – отмечала Мэри Марплс в 1969 году. – Способность кожи к самостерилизации, судя по всему, не относится, как предполагает термин, к свойствам самой кожи. Это скорее характерный признак любой развитой экосистемы”. К самым густонаселенным из сообществ, исследованных Мэри Марплс, относились луга коринебактерий, растущие на предрасположенных к увлажнению участках кожи: в паху, на шее, между пальцев ног. Чем больше там коринебактерий, тем меньше таких микроорганизмов, как Candida, Microsporum, Trichophyton или Malassezia, – виновников грибковых заболеваний кожи: опрелостей, микозов стопы, стригущего лишая и себорейной экземы.

С началом полового созревания в дело вступает микроб Propionibacterium acnes, способствующий образованию прыщей: эти бактерии застревают и бурно размножаются в слишком активно работающих сальных железах. Примерно в то же время коринебактерии, живущие под мышками, начинают пировать на совершенно новом источнике пищи – выделениях стероидных гормонов, преимущественно андростенона у юношей и андростенола у девушек. Продукты их усвоения бактериями и вызывают тот характерный запах, появлением которого сопровождается взросление. Хотя потребители и тратят миллионы долларов ежегодно на продукцию, подавляющую деятельность этих микроорганизмов, бактерии, живущие под мышками, возможно, играют у нас ту роль, которую у других животных играют пахучие железы, создавая половые феромоны, привлекательные для противоположного пола, из стероидов, исходно лишенных запаха¹¹. Вызываемый бактериями запах подмышек юноши?подростка, конечно, перебьет запах подмышек девушки (или кого угодно другого). Но у ее запаха есть интересная особенность: он ослабевает и усиливается в ходе менструального цикла по определенной схеме, достигая пика непосредственно перед овуляцией – то есть как раз тогда, когда вероятность зачатия особенно велика.

Повышенный уровень эстрогена при половом созревании у девушек, в свою очередь, способствует развитию лактобактерий во влагалище. Хотя плотность их в этот период и ниже, чем во время беременности, в норме она достаточно высока, чтобы препятствовать росту грибков и кишечных бактерий, попадающих во влагалище во время полового акта. При этом даже если девушка не живет половой жизнью, небольшое количество этих потенциально опасных микробов вполне может случайно попасть ей во влагалище – например, при пользовании туалетной бумагой. Но эти микробы скорее всего не вызовут никаких неприятностей, если у нее все в порядке с живущими во влагалище лактобактериями. Но поскольку антибиотики, особенно широкого действия, могут нарушать экологическое равновесие, их применение часто приводит к развитию “дрожжевых” инфекций (вызываемых грибком Candida albicans), бактериальных вагинозов (вызываемых кишечными бактериями) или отвратительных циклов, при которых они сменяют друг друга.

Как и работа Теодора Роузбери, исследования нюансов жизни человеческого организма, которыми занималась Мэри Марплс, вызвали живейший интерес общественности. Статья о ее трудах, опубликованная в 1969 году в журнале Scientific American¹², вдохновила английского поэта Уистена Хью Одена на написание хвалебной песни, посвященной микрофлоре его собственного тела, напечатанной под названием “Новогоднее поздравление”. Вот отрывок из нее:

 

Поздравлю с Новым годом

всех тех, кому покровы

мои – как мне Земля.

 

Созданьям роста вашего

я выбрать дам жилище.

Селитесь же в той зоне,

что лучше вам подходит:

в бассейнах пор, в тропических

лесах подмышек, паха,

в пустынях на предплечье,

в тайге на голове.

 

Живите, размножайтесь,

я дам тепло и влагу,

жиры и все, что нужно,

но только при условии,

чтоб вы меня не злили,

как подобает гостю,

без мятежей нарывов,

микозов и прыщей.

 

 

Жизнь внутри нас

 

Если собрать вместе все 100 миллиардов или около того обитателей нашей кожи, получился бы комочек размером с горошину. Между тем, по оценкам Роузбери, 15 триллионов с лишним бактериальных клеток, выстилающих пустой пищеварительный тракт, переполнили бы трехсотграммовую консервную банку. Прибавьте к этому более 100 триллионов бактерий, скопившихся внутри кишечника здорового человека и готовых эвакуироваться при следующей дефекации.

Но, несмотря на эти ошеломляющие цифры, кишечная микрофлора привлекала к себе довольно мало внимания, пока Роузбери не опубликовал в 1962 году свою перепись населения нашего тела. Самым известным научным достижением в этой области было открытие кишечной палочки (Bacterium coli), которую немецкий педиатр Теодор Эшерих выделил в 1885 году из стула новорожденных. Переименованная впоследствии в его честь, Escherichia coli остается самой хорошо изученной из всех кишечных бактерий, и во времена Роузбери ее по?прежнему считали самым многочисленным видом бактерий в толстой кишке. Именно эта бактерия постоянно обнаруживалась в культурах, полученных из стула, и в загрязненной канализационными стоками воде. В действительности кишечная палочка – это просто та из кишечных бактерий, которую легче всего выращивать за пределами человеческого организма.

Микробиологи давно подозревали, что в кишечнике содержится огромная масса никем не культивированных и не отмечаемых организмов. Дело в том, что, исследуя под микроскопом разведенные образцы стула, они видели, что могут насчитать намного больше бактериальных клеток (порядка 100 миллиардов в пересчете на грамм), чем когда?либо вырастало в колонии при культивировании в чашках Петри. Как выяснилось, соприкосновение с кислородом губительно для подавляющего большинства кишечных бактерий. Они оказались строгими анаэробами, в отличие от не имеющей узкой специализации кишечной палочки – факультативного анаэроба, успешно живущего и в бескислородной и в кислородной среде. Кроме того, судя по всему, пищевые потребности большинства кишечных бактерий отличались от обычной смеси белков и углеводов, составлявшей меню стандартной лабораторной питательной среды.

Как ни заманчиво было бы пренебречь этой малопонятной и малоизвестной частью населения кишечника, небольшой горстке микробиологов удалось оценить ее принципиальную важность благодаря данным, накопленным гнотобиологией – научной отраслью, занимающейся изучением животных, появившихся на свет и выращиваемых в безмикробных условиях. Без бактерий кишечный тракт таких животных остается недоразвитым, с выстилкой необычайно тонкой и уязвимой для повреждений в одних местах и сильно распухшей в других. Чтобы они вообще могли выжить и стать взрослыми, их рацион должен включать дополнительный набор витаминов, незаменимых аминокислот и повышенное количество калорий, чтобы компенсировать все то, что в норме поставляют кишечные бактерии. Кроме того, эти животные оказываются более уязвимыми для природных токсинов, содержащихся в их естественной пище, вероятно из?за отсутствия одной или нескольких разновидностей бактерий, необходимых для расщепления этих ядов до безвредных соединений. Самое же впечатляющее – что иммунная система безмикробных животных пребывает как бы в состоянии спячки, делая их менее защищенными от смертельных инфекций, развивающихся, если какой?нибудь микроб случайно проникнет в их стерильную среду.

Это была интереснейшая загадка, но средств на выделение и изучение смутно знакомых микробиологам обитателей экзотичной экосистемы толстой кишки отчисляли мало или вообще не отчисляли. Государственные органы здравоохранения просто отказывались финансировать изучение безвредных бактерий. При этом они щедро раздавали гранты исследователям, изучавшим болезнетворных микробов, таких как сальмонеллы, шигеллы и другие важнейшие источники так называемых пищевых отравлений. И тут в дело вступило НАСА.

 

Микробы в космосе

 

Внезапно разгоревшийся интерес космического агентства к микробиоте человеческого организма в целом и анаэробным кишечным бактериям в особенности начался с одного странного доклада, прочитанного перед аудиторией, состоявшей из летчиков?испытателей и медиков НАСА, в конце апреля 1964 года. Как будто главному врачу НАСА Чарльзу Берри и без того не хватало забот с предсказаниями, что глазные яблоки будут лопаться при нулевой гравитации (к счастью, опровергнутыми) или что после длительного пребывания в невесомости мышцы и кости будут превращаться в кашу! А теперь еще нашелся ученый, утверждавший, что главной опасностью для астронавтов могут оказаться поцелуи их жен после возвращения мужей из изоляции в богатую микробами земную атмосферу. “Микробный шок” – вот как назвал это Дон Лаки в своем докладе на организованной НАСА конференции на тему “Питание в космосе”, проходившей в Университете Южной Флориды¹⁴. “Смертельный поцелуй Дона Лаки” – такие заголовки появились на следующий день в газетах.

Лаки, один из первопроходцев гнотобиологии, уже знал, что происходит, если изолировать небольшую группу выращенных обычным способом крыс в герметически закрытой камере, а затем поить их стерильной водой и кормить исключительно стерильной пищей (ситуация, не лишенная сходства с положением астронавтов, живших в течение всего полета на растворимых напитках марки Tang и сублимированных продуктах). Через пару месяцев разнообразие бактерий в кишечниках этих животных сокращалось с сотни с лишним до всего лишь одного или двух видов.

“Наша нормальная микрофлора образована, очевидно, не столько коренным населением, сколько непрерывным потоком новых иммигрантов”, – объяснял Лаки. Без их притока эта богатая и разнообразная экосистема деградирует в направлении монокультуры. В зависимости от того, кто при этом победит, уже сама по себе потеря разнообразия может оказаться смертельной. В качестве примера Лаки привел кишечную палочку. В благотворном присутствии каких?то других кишечных бактерий, сказал он, кишечная палочка остается безвредной. Но сама по себе она оказалась смертоносной¹⁵. При этом даже если победителем окажется какой?нибудь безвредный микроорганизм, результатом такой победы может стать “обленившаяся” иммунная система. В своих экспериментах Лаки наблюдал, как легко животные с обедненной микрофлорой заболевали и умирали после того, как их возвращали обратно в нормальную крысиную колонию.

Отсюда и возникла идея “смертельного поцелуя”. Полет на Луну должен был продлиться около трех недель. Прибавьте к этому месячный карантин после возвращения (чтобы убедиться, что астронавты не подхватили какую?нибудь опасную лунную инфекцию). Они вернутся из изоляции с обедненной микрофлорой и нарушенной работой иммунной системы. А жены бросятся к ним в объятия с поцелуями. “У нас не может быть серьезных сомнений в том, что одной из проблем будущих астронавтов станет та или иная разновидность, или те или иные разновидности, микробного шока, – подытожил Лаки. – Некоторые из этих разновидностей могут оказаться настолько легкими, что будут представлять лишь чисто научный интерес. Другие могут вызывать болезни и смерть”.

Предсказания Лаки сделали “просто интересную” проблему микрофлоры человеческого организма вопросом жизни и смерти. Чарльз Берри быстро изыскал для Лаки средства на изучение микрофлоры приматов, которых в течение года содержали на диете из обезвоженной и облученной космической пищи. Заодно Лаки сумел провести исчерпывающий учет микроорганизмов в рамках запланированного ранее исследования физических и психологических последствий тридцатидневного пребывания шести летчиков?испытателей в условиях, приближенных к космическим. Этот учет включал десятикратное взятие мазков из горла, ротовой полости и с поверхности кожи, а также ежедневный анализ стула в течение всего периода изоляции. Все образцы передавались через туннель с двумя дверями, разделявший летчиков и микробиологов Лоррейн Голл и Филлис Райли. В ходе работы исследовательницы использовали более 150 тысяч чашек Петри и пробирок с питательной средой и изучили более 10 тысяч микропрепаратов. Правда, их работа ограничивалась известными микроорганизмами, то есть поддающимися выращиванию в лабораторных культурах, в том числе и некоторыми анаэробами из числа наименее привиредливых¹⁶.

Как и ожидалось, они обнаружили, что общая численность бактерий на коже астронавтов за время изоляции и ограниченной возможности мыться возрастала, причем некоторые потенциально опасные разновидности стафилококков и стрептококков стали доминировать. Ни одно из этих изменений не привело к развитию заболеваний. Однако существенный сдвиг в кишечной микрофлоре космонавтов породил в ограниченном пространстве испытательной камеры другую, более неотложную, проблему – вспышку метеоризма, столь неприятную, что специалисты НАСА по питанию получили срочное указание исследовать влияние диеты на выделяющих газы кишечных бактерий.

И все же все шестеро астронавтов вышли из экспериментальной камеры здоровыми и оставались здоровыми в течение следующего месяца. Исследование оставило без ответа вопрос о том, могут ли у астронавтов произойти какие?то более существенные изменения в результате более продолжительной изоляции, и если да, то какие.

В 1966 году Берри получил повышение: из “главного доктора астронавтов” он стал руководителем отдела биомедицинских исследований НАСА. Помимо необходимости защитить астронавтов от микробного шока перед ним стояла задача сделать так, чтобы их собственные бактерии не помешали запланированным поискам жизни на Луне. Ученые НАСА смогли бы отличить лунных микробов (если они существуют) от земных лишь в том случае, если у них в распоряжении будет полный перечень всех организмов, “загрязняющих” самих астронавтов, их скафандры, оборудование и вообще все, к чему они прикасаются. Берри положил начало исследованиям в этом направлении, возглавив подготовку систематического каталога микрофлоры кожи и ротовой полости астронавтов до и после двух предшествующих полетов кораблей серии “Джемини”. Он нанял микробиолога Джеральда Тейлора, чтобы тот возглавил подготовку более полного каталога микрофлоры команды для всех полетов “Аполлонов”.

Что касается опасных изменений в микрофлоре астронавтов, Тейлор выяснил, что у участников первых полетов “Аполлонов” наблюдались симптомы, соответствующие заражению грибком Candida, в изобилии отмеченном в ротовой полости и в образцах стула многих астронавтов, возвращавшихся из полетов на “Аполлонах”. Поэтому он предсказывал, что, за исключением легко излечимой молочницы полости рта, ничто более серьезное не должно случиться в результате более продолжительной изоляции, которую предполагал предстоящий полет “Аполлона?11” на Луну. В августе 1969 года, когда Базз Олдрин, Нил Армстронг и Майкл Коллинз прошли после возвращения с Луны трехнедельный карантин, никто не запрещал женам их целовать, хотя Берри и позаботился о том, чтобы избавить астронавтов от обычной толпы репортеров и фотографов, выпустив их из карантина глубокой ночью.

Но микробиологи и врачи НАСА не забывали о возможности микробного шока в свете уже планировавшегося тогда запуска орбитальной станции “Скайлэб”, на которой астронавтам предстояло проводить до нескольких месяцев. Наметившаяся разрядка в соревновании НАСА с советской космической программой усугубила эти страхи, потому что советская сторона сообщала о намного более серьезных и потенциально опасных изменениях в микрофлоре космонавтов, чем какие?либо изменения, выявленные в исследованиях НАСА. Самым загадочным был отмеченный советскими исследователями настоящий захват кишечного тракта горсткой устойчивых к медикаментам и производящих токсины бактериальных штаммов¹⁷.

Берри изо всех сил добивался выделения средств на проведение подробнейшего пятидесятишестидневного исследования имитации полета на “Скайлэб” в испытательной камере для создания условий больших высот в Космическом центре имени Джонсона. Но после победы в лунной гонке конгресс урезал щедрый годовой бюджет НАСА на сотни миллионов долларов. Берри удалось добыть для Тейлора сумму, которой хватило лишь на проведение поверхностного анализа микробиоты команды и от которой осталось немного денег, позволивших поручить другой группе более глубокое исследование кишечных бактерий тех же астронавтов¹⁸. И все же этих остатков хватило на то, чтобы дать толчок изучению анаэробной “темной материи” человеческого микрокосмоса.

 

Где не ступала нога биолога

 

Пег Холдеман вспоминает, как взволнован был Эд Мур, когда пришел к ней в конце 1971 года с потрясающей заявкой НАСА на финансирование микробиологических исследований. Сто тысяч долларов. “Для нас это были немыслимые деньги, которые могли позволить нам сделать то, о чем мы не смели и мечтать”, – говорит она. Пег и Эд много лет по крохам добывали средства на исследование загадочных анаэробных бактерий, доминантов среди организмов, живущих на человеке (“на” – правильное слово, потому что внутренняя поверхность открывающегося наружу пищеварительного тракта находится как бы снаружи по отношению к внутренней среде нашего тела). Они познакомились за шесть лет до этого на конференции Американского микробиологического общества. В то время Пег отвечала за выращивание в культуре и определение анаэробных бактерий, присылаемых департаментами здравоохранения разных штатов в Центр инфекционных заболеваний США (предшественник нынешних Центров по контролю и профилактике заболеваний). Хотя в то время лишь немногие профессиональные медики верили, что анаэробные бактерии могут вызывать заболевания, некоторым хотелось знать, что за загадочных микробов они замечали в крови и тканях своих пациентов – микробов, которых у них самих не получалось выращивать в культуре. Пег с большим энтузиазмом относилась к этой работе, но ей явно не хватало средств и сотрудников. Ее лаборатория могла в лучшем случае идентифицировать лишь малую долю анаэробных бактерий, присылаемых на определение.

В то же время Эд Мур, профессор Виргинского политехнического института, имел в своем распоряжении достаточно средств на изучение анаэробных микроорганизмов – но только не тех, что живут внутри людей. И Министерство сельского хозяйства США, и скотоводческие предприятия финансировали исследования анаэробов со времени сделанного в тридцатые годы открытия, что именно деятельность анаэробных бактерий лежит в основе производства говядины и молока. Конкретно это относится к анаэробным бактериям, живущим у коров в рубце, своего рода “прихожей” их желудка, и расщепляющим содержащиеся в их пище растительные волокна (которые иначе бы не переваривались), тем самым обеспечивая животное большей частью получаемых им калорий, а также множеством витаминов и других питательных веществ. Такие исследователи, как Эд Мур, надеялись разобраться в динамике этого процесса, чтобы повысить его производительность – то есть добиться, чтобы коровы производили больше молока и мяса, потребляя меньше сена и зерна. В то время Муру уже удалось разработать необычайно эффективную методику выращивания анаэробных бактерий в культуре. Она предполагала содержание их на специально обогащенной питательной среде в запаянных пробирках, откуда предварительно удаляли весь кислород¹⁹. Интерес Мура к кишечным бактериям человека начался с никем не финансируемого побочного проекта: один из его аспирантов засеял часть анаэробных пробирок Мура не содержимым коровьего рубца, как обычно, а образцами человеческого стула. Под руководством Мура аспиранту удалось вырастить в культуре около 80 % бактерий, которых замечали в образцах стула, и это был рекорд. Но у Мура не было средств на продолжение этих исследований. Поэтому все богатство впервые выращенных в культуре видов осталось неописанным и безымянным²⁰.

Мур рассказал обо всем этом Пег Холдеман на микробиологической конференции в 1965 году. Они оба подозревали, что 99 % кишечных бактерий окажутся анаэробами и что это бактериальное сообщество имеет на человеческое здоровье существенное влияние, как благотворное, так и вредное (когда какие?то его представители попадают не на свое место, например загрязняют раны или хирургические разрезы). “Выглядело это так, будто две потерявшиеся души наконец нашли друг друга, – вспоминает Роберт Смайберт, микробиолог из Виргинского политехнического. – Мы просто сидели и слушали, что они говорят. Мы и глазом моргнуть не успели, как они уже придумали, что им делать с анаэробами. В итоге Пег ушла из Центра по контролю заболеваний и перешла к нам на ветеринарное отделение”²¹. Так, по словам Смайберта, было положено начало будущей знаменитой лаборатории анаэробов Виргинского политехнического.

Но добывание денег на исследования малоизвестного мира анаэробных бактерий человеческого организма оказалось непростым делом. Первым большим прорывом в этой области стал грант на исследование кишечной флоры астронавтов, выделенный в 1971 году. В течение месяца Пег и Эду удалось выиграть еще один, более крупный, грант Национального онкологического института. Результаты недавних исследований заставляли предположить, что отклонения от нормы в состоянии кишечной флоры могут способствовать развитию рака толстой кишки, и это позволило Холдеман и Муру убедить грантодателей, что наука должна определиться с тем, что же собой представляет эта “норма”. Одновременный запуск двух крупных исследований превратил деятельность новообразованной лаборатории анаэробов Виргинского политехнического в настоящий сумасшедший дом. Когда Эд не летал в Хьюстон за новыми образцами стула астронавтов, они с Пег ездили на машине в Балтимор, где останавливались в дешевом мотеле и ждали звонка от судмедэксперта. Дело в том, что немалая часть их исследования по гранту Онкологического института предполагала подтверждение того, что выделенные легким способом – из образцов стула – кишечные микроорганизмы были те же, что живут в непосредственном контакте с толстой кишкой человека. Но исследователи не могли попросить брать соскобы со стенок кишечника какого?нибудь хирурга, проводящего соответствующие операции, потому что используемые при подготовке к операции антибиотики убивают миллиарды кишечных бактерий (и уничтожают одни их виды в большей степени, чем другие). Пег и Эд решали эту проблему, добывая соскобы, взятые из кишечников недавно умерших, но прежде бывших в целом здоровыми людей, которые погибли на улицах Балтимора (преимущественно жертв убийств и дорожно?транспортных происшествий). Как выяснилось, всех микробов, растущих в контакте с выстилкой человеческого кишечника, можно найти в образцах стула.

Примерно в то же время работа, проводимая Холдеман и Муром для НАСА, позволила космическому ведомству избавиться от опасений по поводу микробного шока, по крайней мере при подготовке околоземных полетов, занимающих месяцы, а не годы. Один из результатов исследований микрофлоры астронавтов оказался особенно интригующим. В течение первых трех недель имитации работы орбитальной станции “Скайлэб” среди населения кишечников всех астронавтов наблюдался резкий всплеск численности выделяющего водород анаэроба из рода бактероидес – Bacteroides thetaiotaomicron, сокращенно называемого B. theta. Численность этого микроба подскакивала от нормальных 2 триллионов, или 2 % кишечной флоры, до 26 триллионов, или более 25 %. К концу шестой недели уровень B. theta вернулся к норме у астронавтов Роберта Криппена и Кэрола Бобко, но остался запредельно высоким у третьего члена команды – Уильяма Торнтона. “Происходило ли что?нибудь необычное за эти первые шесть недель?” – спрашивал Мур. Врач, следивший за здоровьем команды, рассмеялся ему в ответ.

В первые три недели астронавты чуть не подняли бунт, так их возмущала бесконечная неразбериха с оборудованием и очевидный недостаток внимания к их проблемам со стороны “центра управления полетом”. В самом начале четвертой недели была организована телеконференция по этим вопросам, итогами которой Бобко и Криппен остались удовлетворены, а вот Торнтон по?прежнему гневался, так как считал, что его мнение о размере порций пищи не было учтено. “Не могло ли его эмоциональное возбуждение быть причиной всплеска B. theta?” – подумали Мур и Холдеман. “Мы отбросили бы эту идею как неправдоподобную, если бы не то, с чем нам пришлось столкнуться впоследствии”, – вспоминает Пег Холдеман²². Исследователи отметили похожие резкие всплески численности B. theta в двух других случаях: вначале в ходе исследования рациона питания, когда одна из добровольных сотрудниц ввязалась в производственный конфликт, из?за которого ее чуть не исключили из проекта, а затем в кишечной флоре девятнадцатилетней жительницы Балтимора, застреленной собственным мужем после долгих побоев и преследования.

Заинтригованные Холдеман и Мур занялись поиском чего?нибудь подобного у подверженных стрессу студентов (у которых брали образцы стула в день устных экзаменов), но не отметили никаких существенных изменений. “Быть может, для этого нужно было очень?очень?очень разозлиться или испугаться, – размышляет Пег. – Но комиссия рецензентов, перед которой мы отчитывались, едва ли разрешила бы нам гоняться за студентами с ножом”. В любом случае всплески численности B. theta, отмеченные у возмущенных астронавтов и ссорившихся служащих, не причиняли никакого явного вреда.

И в НАСА, и в Онкологическом институте эти исследования признали полезными. Но еще важнее для долгосрочных задач Холдеман и Мура было то, что их сдвоенные проекты позволили выделить от 150 до 200 неизвестных ранее разновидностей кишечных бактерий человека. Исследователи определили всех этих бактерий до рода, после чего сосредоточили свои средства и усилия на подготовке полных морфологических и биохимических описаний дюжины самых обычных видов. В числе этих впервые описанных бактерий был даже один новый род – копрококков (Coprococcus), объединяющий микроорганизмов, которые расщепляют флороглюцины (токсичные вещества растительного происхождения), а также ряд новых видов из рода Rumenococcus, представителей которого еще не находили у людей, хотя их роль в переваривании сена коровами была уже хорошо известна²³.

К 1985 году, когда Пег и Эд поженились, их исследовательское партнерство подарило науке подробный обзор микроорганизмов человеческой толстой (или ободочной) кишки. По их оптимистичным оценкам, им удалось выявить более 90 % представителей этого сообщества и все его доминантные виды. И хотя индивидуальные роли и характер взаимоотношений этих бактерий оставались загадкой, теперь стало ясно, что работа всей их совокупности во многом похожа на работу микроорганизмов коровьего рубца. Набитая бактериями толстая кишка человека оказалась, по сути, необычайно эффективным центром биоферментации, где обитающие в ней микроорганизмы добывают калории и питательные вещества из не переваримой другими способами растительной пищи, причем значительной частью этих калорий и веществ они щедро делятся со своим хозяином.

 

Камера в колесе жизни

 

Хотя трудами двух микробиологов наука и получила почти полный перечень бактерий нашего кишечника, представления о том, как эти микроорганизмы заселяют свою среду обитания – и даже приспосабливают ее под собственные нужды, – еще продолжают постепенно формироваться. Как и заселение ротовой полости и кожи, заселение человеческого пищеварительного тракта – вместилища 99 % микрофлоры нашего организма – начинается во время рождения с лактобактерий, с которыми младенец встречается в родовых путях. Когда голова младенца показывается из родовых путей, она сжимает прямую кишку матери, выдавливая наружу небольшое количество стула. Врачи и медсестры спешат стереть следы этой неприятности, но их щепетильность, возможно, противоречит задачам природы – немедленно и непосредственно передать младенцу кишечных бактерий матери. Если так, то не случайность, а естественный отбор может быть причиной того, что голова новорожденного при ее появлении из родовых путей обычно расположена лицом к прямой кишке матери и остается в таком положении, пока продолжающиеся схватки не выведут на свет плечи и все тело²⁴. Положение головы лицом к заднему проходу служит гарантией того, что первыми из миллиардов бактерий, с которыми младенец столкнется уже в первый день своей жизни, будут как раз те, к которым иммунная система его матери выработала защитные антитела. (Временный запас этих антител уже передан младенцу через плаценту.) Когда младенец запивает этих бактерий материнским молоком, в его организм поступает вторая волна микрофлоры – миллионы бифидобактерий.

Все проникающие внутрь микроорганизмы, прежде чем попасть в кишечник младенца, должны пройти через прихожую его желудка. В желудке детей постарше и взрослых высокие концентрации соляной кислоты создают убийственный для микробов барьер. Но интенсивное выделение этой кислоты по?настоящему начинается лишь в возрасте около трех месяцев, и лишь через несколько лет ее концентрация достигает такого же уровня, как у взрослых. Эта задержка гостеприимно открывает двери для заселения желудка и кишечного тракта в первые годы жизни ребенка. Представим себе, к примеру, как он в течение этого периода сталкивается с желудочной бактерией Helicobacter pylori. Эти бактерии обычно попадают в организм ребенка через руки или губы кого?то, кто ими уже заселен. Будучи проглоченной, верткая бактерия вбуравливается в слизистую оболочку, которой предстоит защищать желудок от той соляной кислоты, что будет в нем плескаться. По ходу созревания выделяющих кислоту клеток желудка некоторые штаммы H. pylori вводят в них белки, заставляющие данные клетки понижать кислотность до уровня, легче переносимого бактерией, но все же достаточно высокого, чтобы убивать большинство других разновидностей микробов. Этот метод позволил H. pylori сохранять что?то вроде монополии на человеческий желудок в течение примерно шестидесяти тысяч лет. Определение штамма H. pylori, свойственного некоторой семье или популяции, можно даже использовать, чтобы отслеживать ее происхождение и пути миграций ее предков вплоть до тех времен, когда представители Homo sapiens впервые расселились за пределы Африки²⁵.

С одной стороны, это понижение кислотности в желудке защищает взрослых людей от изжоги и снижает риск развития рака пищевода. С другой стороны, у некоторых, хотя и немногих зараженных H. pylori вызывает воспаления, достаточно серьезные, чтобы приводить в более позднем возрасте к развитию язвы или рака желудка. Один из давних парадоксов современной медицины состоит в том, что H. pylori начал вызывать язвы только в середине или в конце XIX века, как раз тогда, когда он стал исчезать из человеческих желудков из?за улучшения качества воды и внедрения первых антибиотиков, таких как препараты висмута.

В тридцатые годы XIX века молодые европейские женщины, еще недавно здоровые, начали умирать от тяжелых форм язвы, вызывавших прободение стенки желудка²⁶. Внезапная и мучительная смерть этих женщин ясно свидетельствовала о том, что ее причиной была скорее какая?то новая, чем не выявленная ранее болезнь. Недуг распространился с женщин на мужчин и из Европы в Северную Америку, но оставался преимущественно болезнью городского населения, из чего был сделан вывод, что развитие язвы вызывается стрессами, характерными для современной жизни. На заре XX века медики считали, что фермеры и другие сельские жители в основном не подвержены этому заболеванию благодаря “жизни на свежем воздухе и сравнительной свободе от тревог <…>, что позволяет им успешно переваривать продукты, которые были бы губительны для желудка бухгалтера или его работодателя”²⁷.

Только в восьмидесятых годах XX века австралийским патологам Робину Уоррену и Барри Маршаллу удалось наконец убедить скептиков от медицины, что хвостатая бактерия, обнаруженная ими при биопсии пораженных язвой тканей, как?то связана с самим поражением²⁸. При этом язва желудка остается в наши дни заболеванием, почти неизвестным в развивающихся регионах, например в Африке, где большинство людей приобретают H. pylori еще в младенчестве. Возможно, что задержка или нарушение заселения желудка этой бактерией, связанные с улучшением качества воды или с применением антибиотиков, каким?то образом сказывается на иммунологическом “перемирии”, заключенном между микробом и нашей иммунной системой за тысячи, а возможно, и за миллионы лет.

Так или иначе, H. pylori быстро исчезает на Западе – быть может, освобождая желудки для заселения другими микробами, которые не могут похвастаться такой продолжительной коэволюцией с людьми. Сегодня в Северной

Америке и Западной Европе доля носителей H. pylori среди детей составляет меньше 10 %, хотя эту бактерию можно обнаружить примерно у 30 % их родителей и у большинства их дедушек и бабушек²⁹. Хорошая новость состоит в том, что подобный упадок H. pylori привел к резкому снижению заболеваемости как язвой, так и раком желудка. Но есть и плохая новость: возможно, что именно исчезновение H. pylori и вызвало отмеченный за последние тридцать лет беспрецедентный рост заболеваемости гастроэзофагеальной рефлюксной болезнью и раком пищевода – одной из тех причин смерти, частота которых в развитых странах особенно быстро повышается³⁰.

Пройдя через прихожую желудка, оставшиеся в живых бактерии оказываются в извилистом лабиринте тонкой кишки – ее стенки покрыты густым лесом пальчатых выростов, или кишечных ворсинок, до предела увеличивающих площадь поверхности, через которую питательные вещества могут попадать в кровоток. Низкая кислотность (то есть нейтральный pH) тонкой кишки создает в ней идеальную среду для роста бактерий. Но мало кто из них остается здесь надолго, потому что мощные сокращения стенок создают поток разжиженной пищи, который смывает всех, кроме самых цепких.

Именно в тонкой кишке попадающие в организм микробы особенно непосредственно сталкиваются с еще не проснувшейся иммунной системой младенца. Колышущиеся ворсинки местами расступаются, открывая голые склоны, поверхность которых покрыта мозаикой из странных ямчатых и уплощенных клеток. Это так называемые пейеровы бляшки (названные в честь впервые описавшего их швейцарского анатома XVII века Иоганна Конрада Пейера) – куполообразные структуры, под которыми располагаются важнейшие военные училища иммунной системы. Ямки на поверхности уплощенных клеток представляют собой полости, в которые постоянно ловятся проплывающие мимо бактерии (как живые, так и мертвые). Они, как вращающиеся двери, движутся к внутренней поверхности клеток, препровождая своих пассажиров в расположенную под этими клетками лимфатическую ткань³¹.

Внутреннее строение пейеровых бляшек сходно с внутренним строением лимфатических узлов, которые будут созревать у младенца на шее, в паху и под мышками. Но если лимфатические узлы напоминают полигоны, на которых иммунные клетки учатся, что им атаковать, то лимфатическая ткань пейеровых бляшек напоминает дипломатическое представительство, где входящие микробы пользуются презумпцией невиновности: их по умолчанию считают “дружественными” или, по крайней мере, “мирными”, пока не будет доказано обратное³².

Однако неправильно было бы сказать, что иммунная система учится игнорировать кишечных бактерий. Взаимодействие микробов с пейеровой бляшкой, вместо того чтобы вызывать убивающую их воспалительную реакцию, запускает массовый синтез антитела, которое называют иммуноглобулином A, или IgA. Как и все антитела, IgA прикрепляется к специфическим мишеням, в данном случае – к определенной разновидности кишечных бактерий. Вместо того чтобы помечать бактериальную клетку для уничтожения (как делает большинство антител), IgA просто скапливается островками на ее поверхности, не давая ей прикрепиться к стенке кишечника, то есть как бы вежливо говоря ей: “Проходите! Не задерживайтесь!”³³ Кроме того, встреча, оказываемая микробам на нейтральной территории пейеровой бляшки, вызывает размножение Т?клеток и ??клеток, которые поведут атаку на тех же микробов, если они вдруг окажутся на запретной территории, например в крови. Так незрелая иммунная система младенца учится терпимо относиться к проглоченным бактериям и в то же время бдительно держать их на безопасном расстоянии. Чтобы по достоинству оценить всю важность этой дипломатии, представьте себе, что происходит, когда в ее работе случается сбой. При болезни Крона и неспецифическом язвенном колите иммунная система реагирует на соприкосновение с безвредными кишечными микроорганизмами бурным, убивающим ткани воспалением, из?за которого возникают вызывающие мучительную боль язвы, в тяжелых случаях приводящие к гибели человека из?за их прободения³⁴.

Число пейеровых бляшек в выстилке тонкой кишки ребенка по мере его взросления постепенно сокращается, от нескольких сотен до примерно тридцати. Последняя оставшаяся группа этих бляшек концентрируется на стенках последнего отдела тонкой кишки, перед самым выходом в толстую кишку, служащую для бактерий обширным пересыльным центром. В оставшихся бляшках сильно сокращенный дипломатический корпус иммунных клеток продолжает следить за ежедневным передвижением миллионов микроорганизмов, узнавая в подавляющем большинстве из них нормальных и заслуживающих терпимого отношения мигрантов.

Пройдя через тонкую кишку с ее мощными сокращениями и отлавливающими микробов клетками, бактерии попадают в отстойник толстой кишки. Хотя в момент рождения она стерильна, впоследствии ей предстоит стать настоящим тропическим лесом для населяющих человеческий организм микробов. В 1905 году французский микробиолог Анри Тиссье первым начал исследовать становление экосистемы этих джунглей, изучая изменения в продукции, которую она дает на выходе.

Под конец первого дня жизни рожденного естественным путем ребенка состав имеющихся в его стуле немногочисленных бактерий отражает микрофлору влагалища и кишечника его матери. У ребенка же, рожденного с помощью кесарева сечения, в стуле обнаруживается менее предсказуемый набор микробов, попавших в организм с рук акушеров и в целом из окружающей среды³⁵. Если ребенка кормят грудью, то на третий день, независимо от способа родов, его стул содержит почти что монокультуру бифидобактерий, которые продолжают доминировать вплоть до начала питания твердой пищей. Кишечная флора ребенка, вскармливаемого искусственно, тоже содержит бифидобактерий (хотя источник их неизвестен), но в гораздо меньшем количестве, в составе неустойчивой смеси с другими микробами.

Бифидобактерии в кишечнике младенца, как и на его коже и в ротовой полости, препятствуют росту микробов, способных вызвать неприятности, таких как стафилококки, и помогают отобрать первых постоянных поселенцев. Кроме того, исследования показывают, что обилие кишечных бифидобактерий способствует повышению уровня защитных антител в крови ребенка – антител, мишенями которых служат не только потенциально опасные бактерии, но и многие разновидности вызывающих понос желудочно?кишечных вирусов³⁶. Этот факт помогает объяснить, почему смертность выкармливаемых грудью младенцев в странах третьего мира с плохим санитарным состоянием воды в целых шесть раз ниже, чем смертность младенцев, растущих на искусственном питании³⁷. Даже в США, где смерть младенца от вызывающей понос инфекции остается редким явлением, эпидемиологи отмечают на 20 % более высокую выживаемость в течение первых шести месяцев жизни у младенцев, вскармливаемых грудью, по сравнению с получающими искусственное питание – независимо от доходов и уровня образования родителей³⁸.

Первая волна кишечных микробов вызывает также созревание выстилки толстой кишки. Расположенные в глубине кровеносные сосуды протягиваются к поверхности кишечной стенки и образуют там густую сеть тонких капилляров, необходимых для поддержания здоровья кишечной стенки, а также для поглощения питательных веществ, высвобождаемых кишечными бактериями³⁹. При этом первое же соприкосновение с бактериями вызывает пробуждение миллионов стволовых клеток кишечника. После активации клетки начинают нескончаемо делиться, и их размножение позволяет постоянно обновлять нежный поверхностный слой выстилки кишечника. Сами эти поверхностные клетки в свою очередь начинают отпадать с частотой несколько миллиардов клеток в день. Непрерывная замена клеток делает кишечный тракт устойчивым к повреждениям, неизбежно возникающим при переходе к питанию твердой пищей, в которой в изобилии содержатся природные токсины, а время от времени попадаются и острые предметы или болезнетворные микробы.

Начало питания твердой пищей более или менее выравнивает различия между бактериальными сообществами младенцев, вскармливаемых грудью и растущих на искусственном питании, хотя в мире и нет двух людей, у которых в кишечниках обитали бы абсолютно одни и те же виды и штаммы бактерий. В среднем около тридцати видов становятся доминантами, а сотня или около того присутствуют в небольшом количестве. К самым многочисленным и продуктивным из них относятся палочковидные представители бактероидесов (Bacteroides) и эубактерий (Eubacteria). Первые, такие как B. theta iotaomicron (B. theta), B. vulgatus и B. fragilis, составляют от 20 до 30 % кишечных бактерий человека и каждый день выделяют около литра лишенных запаха углекислого газа и водорода. Микроорганизмы из рода Eubacteria заявляют о себе, выделяя более пахучий сероводород, имеющий знакомый всему свету запах тухлых яиц.

Кроме того, рано или поздно мы становимся хозяевами определенного набора кокков – шарообразных анаэробных бактерий. К ним относятся представители родов Enterococcus, Peptococcus, Streptococcus и Peptostreptococcus, сбраживающие определенный набор сложных белков и жиров (гликопротеинов и гликолипидов) до более простых сахаров и жирных кислот, которые наш организм способен усваивать. Попутно они выделяют еще одно пахучее вещество – маслянную кислоту с ее характерным запахом испорченного масла.

В совокупности виды из родов Bacteroides и Eubacteria и разнообразные кокки высвобождают до 30 % калорий, потребляемых человеком с пищей, особенно из богатых углеродами продуктов, таких как кукурузные хлопья или макароны⁴⁰.

Еще один важный компонент кишечной микробиоты составляют клостридии. Некоторые из них производят токсины, и все они умеют пережидать неблагоприятные условия в виде спор. Самая печально известная из них, Clostridium difficile, обладает отвратительной склонностью вызывать понос и воспаление толстой кишки после курса антибиотиков, устраняющего конкурентов этой бактерии. Как ни странно, C. difficile живет в кишечниках большинства детей, не вызывая у них никаких неприятных последствий. К зрелому возрасту, когда этот микроб может стать источником неприятностей, нормальная микрофлора обычно держит его под жестким контролем.

К представителям меньшинств в сообществе кишечных бактерий относятся полдюжины разновидностей лактобактерий и небольшое число факультативных анаэробов, таких как кишечная палочка, чья способность выживать на открытом воздухе позволяет ей забредать куда не следует и иногда вызывать неприятности в таких местах, как женские мочевые пути. Кроме того, примерно у каждого пятого из нас в достаточном количестве, чтобы их можно было обнаружить, живут метаногенные кишечные микробы, такие как Methanobrevibacter smithii и Methanosphaera stadmanae. Эти метаногены питаются водородом и углекислым газом, которые выделяются их соседями, переваривающими пищевые волокна. Как и водород, метан не имеет запаха, но легко воспламеняется (последнему свойству этих газов не устают радоваться мальчишки всего мира).

Кожа. Рот. Нос. Пищеварительный тракт. К концу восьмидесятых годов прошлого века микробиологи уже могли похвастаться базовыми представлениями о том, кто где обитает на человеческом теле, а также зачаточными знаниями как о пользе этих обитателей, так и о связанных с ними опасностях. Чего наука пока не могла объяснить, это как иммунная система терпит их присутствие – особенно в случае перенаселенного государства, живущего у нас в кишечнике. Другая, не меньшая, загадка – как именно населяющие наш организм бактерии запускают те глубокие изменения, которые их присутствие явно вызывает в наших клетках и тканях. Ответы на эти вопросы обещали не только удовлетворить чисто научный интерес, но и открыть, каким образом нарушения хитроумной дипломатии, определяющей взаимоотношения микробов и людей, могут приводить к болезням.

 

Кто здесь главный?

 

Джеффри Гордон, бывший гастроэнтеролог, ставший микробиологом и специалистом по кишечной микрофлоре, возглавляет процветающий новый Центр геномных исследований Университета Вашингтона в Сент?Луисе. Обширное, освещенное полосками солнечного света помещение лаборатории этого Центра располагается над прославленным университетским Центром секвенирования (прочтения ДНК?букв) генов – одним из главных участников проекта “Геном человека”: в его рамках к 2003 году были секвенированы все те 20 или 25 тысяч генов, которые читаются как Homo sapiens.

“Теперь пора взглянуть на человеческий геном шире, – говорит Гордон, – принимая во внимание, что наш организм содержит, по?видимому, в сотню раз больше микробных генов, чем человеческих”. В 2005 году Гордон и его коллеги из Стэнфордского университета в Калифорнии и Института геномных исследований в Мэриленде вложили средства, выделенные по нескольким многомиллионным грантам (как частными фондами, так и государственными учреждениями), в осуществление своей инициативы “Микробиом человеческого кишечника” – проекта, в рамках которого им предстоит выделить, секвенировать и проанализировать всю совокупность микробных генов, задействованных в поддержании здоровья и жизнедеятельности человеческого организма, а иногда и в возникновении неполадок в его работе. Один из аспектов этого огромного проекта состоит в том, чтобы подготовить характеристику генетических способностей кишечной микрофлоры. Другой – в том, чтобы полностью секвенировать геномы сотни самых многочисленных бактерий, обитающих в толстой кишке человека.

Этот проект, посвященный “другому геному человека”, представляет собой лишь один из дюжины с лишним исследовательских проектов, над которыми единовременно работают сотрудники Гордона, и все эти проекты направлены на изучение влияния на здоровье и болезни человека кишечных микроорганизмов, обитающих не только в толстой кишке, но и в других частях человеческого тела. Штат сотрудников его лаборатории состоит из постоянно эволюционирующей группы из двадцати с лишним аспирантов и постдоков, специалистов по широкому кругу дисциплин – от экологии бактерий до рентгеноструктурного анализа.

Гордон заинтересовался бактериями толстой кишки еще в семидесятых и восьмидесятых годах, когда работал гастроэнтерологом и изучал гены, управляющие делением клеток, благодаря которому выстилка человеческого кишечника непрерывно обновляется. Эта постоянная замена клеток (старые клетки гибнут, когда им исполняется всего три дня) не только делает выстилку кишечника устойчивой к повреждениям, но и не дает обитающим в толстой кишке бактериям ни проникнуть слишком глубоко, ни достичь слишком высокой численности: подавляющее большинство бактериальных клеток, сидящих на сброшенных клетках эпителия, ежедневно удаляется из организма при дефекации. Гордон осознавал, что все это деление клеток дается дорогой ценой: рождение каждой новой клетки сопряжено с риском какой?нибудь случайной мутации, которая может отключить механизм торможения деления и привести к образованию раковой опухоли. Гастроэнтерологов ничуть не удивляет, что рак толстой кишки составляет вторую по частоте причину смертей от рака в промышленно развитых странах (уступая только связанному с курением раку легких)⁴¹.

Ранние исследования Гордона были посвящены механизмам включения и выключения различных генов на определенных этапах развития клетки кишечной стенки, по мере того как клетка перемещается из углубления между ворсинками к вершине ворсинки. Он пришел к выводу, что гены при этом строго следуют поступающим откуда?то инструкциям. Но откуда? Рассуждая в традиционном ключе, Гордон стал бы искать источник подобных биохимических сигналов в тканях и органах, лежащих глубже выстилки кишечника. Вместо этого он заинтересовался возможностью того, что клетки кишечника маршируют по указке бактерий, сидящих на их наружной поверхности.

Гордон учитывал, что внутри толстой кишки в каждый момент времени обитают сотни разновидностей бактерий и других микроорганизмов, а значит, для проверки его теории требовалась некая упрощенная модельная система. Сотрудники лаборатории Гордона научились у Абигайль Сэльерс, микробиолога из Иллинойсского университета, искусству выращивания безмикробных мышей. С помощью таких мышей Гордон мог выяснить, что происходит, когда им по одному возвращают представителей микробиоты мышиного кишечника. Абигайль Сэльерс играла для его лаборатории роль неофициального наставника. Гордон получил от нее культуру клеток B. theta, выделенных из стула здорового человека. Ранее она выяснила, что B. theta растет не только в человеческом, но и в мышином кишечнике. Впоследствии Гордон установил, что эта бактерия играет в микробном сообществе кишечника особую, ведущую роль.

Например, исследования команды Гордона продемонстрировали, что когда мышь не получает своей обычной порции пищи, B. theta начинает жить подаянием. Абигайль Сэльерс уже выяснила, что B. theta переносит такие голодные времена, питаясь особым сахаром (фукозой), выделяемым клетками кишечника⁴². В лаборатории Гордона было показано, что клетки кишечника выдают это угощение только по требованию B. theta⁴³. Вначале исследователи продемонстрировали, что клетки кишечника безмикробных мышей перестают выделять фукозу в течение недели после рождения. “Они как бы готовились к приему гостей, которые так и не появились”, – говорит Гордон. Но стоит впрыснуть порцию микробов из рода Bacteroides в глотку взрослой безмикробной мыши, как выделение сахара сразу возобновляется. На следующем этапе исследователи воспользовались тремя разными штаммами мутантных B. theta (которых тоже предоставила им Абигайль Сэльерс), чтобы разобраться, что именно при этом происходит. Одной группе безмикробных мышей они ввели мутантные клетки B. theta, не способные прикрепляться непосредственно к клеткам кишечника. Но клетки кишечника при этом все равно начинали выделять фукозу. Другой группе безмикробных мышей ввели клетки B. theta, не способные усваивать фукозу. И все равно клетки кишечника начинали ее выделять. Поток этой пищи не поступал лишь у третьей группы мышей, которым ввели монокультуру B. theta, не способную вырабатывать определенный белок – в нем исследователи и подозревали биохимический сигнал, означающий просьбу о подаянии. Иными словами, клетки кишечника начинали выделять сахар не просто в ответ на соприкосновение с бактериями или в случае недостатка фукозы. Ключом к их реакции был сигнал “покормите меня”, получаемый от B. theta и включающий в мышиных клетках ген, который без подобного сигнала отключается в течение первых нескольких дней жизни. Это открытие было первым из полученных Гордоном убедительных подтверждений его казавшейся некогда странной идеи, что кишечные бактерии могут напрямую управлять деятельностью клеток кишечника.

В девяностых годах, с появлением метода ДНК?микрочипов, в распоряжении Гордона оказалось новое мощное орудие для исследований в этой области. ДНК?микрочипы позволяют ученым одновременно проверять на предмет активности тысячи генов. Для этого используются тысячи помеченных флуоресцентными метками отрезков ДНК, расположенных в строго определенном порядке на сетке размером с предметное стекло⁴⁴. В 2002 году в лаборатории Гордона использовали содержащий около 20 тысяч известных генов мыши “мышиный” микрочип и установили, что сотни из этих генов включаются, когда безмикробной мыши впервые вводят порцию B. theta⁴⁵. Как и ожидал Гордон, среди этих генов было немало задействованных в процессах нормального созревания выстилки кишечника.

Кроме того, введение B. theta включало также мышиные гены, задействованные в синтезе особых транспортных молекул, необходимых клеткам кишечника для поглощения и использования многих питательных веществ, поставляемых им B. theta и родственными видами бактерий⁴⁶. Все это усиливало складывавшееся у Гордона впечатление, что присутствие B. theta играет особенно важную роль в поддержании здоровья кишечника.

Команда Гордона завершила секвенирование всех 4779 генов B. theta, ответственных за синтез белков, в 2003 году – в тот же год, когда в рамках проекта “Геном человека” были секвенированы все гены Homo sapiens⁴⁷. Исследователи выяснили, что более сотни своих генов B. theta использует для добычи непереваренных растительных углеводов, а еще 170 генов служат для расщепления этих углеводов на составляющие, которые может усвоить организм мыши (или человека). Кроме того, оказалось, что B. theta обладает сложным аппаратом, позволяющим отслеживать, какие питательные вещества доступны клетке в каждый момент времени, чтобы подбирать подходящие наборы биохимических инструментов для работы с ними.

Кроме того, секвенирование генома B. theta дало исследователям из лаборатории Гордона возможность получить ДНК?микрочип с генами этого микроорганизма, в дополнение к “мышиному” микрочипу. Теперь у них появился шанс выслушать обе стороны в биохимическом разговоре хозяина и микроба. В следующем, 2004 году они открыли, что главенствующее положение B. theta проявляется и за пределами кишечника. Исследователям удалось перехватить приказания, отдаваемые B. theta жировым клеткам брюшного отдела мыши⁴⁸. При этом выяснилось, что B. theta останавливает синтез гормона, подавляющего образование жира, так называемого “индуцируемого голодом жирового фактора” – Fiaf (fasting?induced adipose factor). Данное открытие во многом объясняло одно сделанное ранее наблюдение. Когда безмикробным мышам вводили в глотку клетки B. theta, у животных немедленно начинал откладываться брюшной жир, и это притом, что они получали на 30 % меньше еды, а интенсивность обмена веществ у них повышалась так, что они сжигали почти на 30 % больше калорий. За четырнадцать дней жизни с B. theta мыши увеличивали свои запасы жира в среднем на 60 %.

“Мы видим здесь, как B. theta оказывает на своего хозяина гормоноподобное действие, – изумляется Гордон. – Бактерия как бы говорит хозяину: “Оставь это про запас, нам это может еще пригодиться”.

Дальнейшие исследования сложной структуры подобных симбиотических взаимоотношений, проводившиеся командой Гордона, показали, что на ранних этапах жизни организма клетки кишечника и иммунная система начинают выделять вещества, помогающие полезным бактериям, таким как B. theta, закрепляться на своем месте, в то время как другие, потенциально опасные микробы вымываются из толстой кишки⁴⁹. B. theta, судя по всему, платит за это хозяину тем, что воздерживается от злоупотребления своим положением. Например, эти бактерии не начинают пастись на покрытых сахаром эпителиальных клетках, пока те не оказываются сброшены стенкой кишечника. Кроме того, они не начинают требовать сахара, пока в их распоряжении имеются запасы их обычной непереваренной растительной пищи.

Отсюда Гордон пришел к выводу, что все эти особенности позволяют B. theta придавать своей экосистеме определенную устойчивость. Когда не хватает поступающей извне пищи, бактерии обращаются за помощью к своему хозяину, а в лучшие времена обеспечивают хозяина дополнительными калориями и указанием запасать на черный день хотя бы часть этого подарка судьбы. В самое последнее время Гордон и его команда получили данные, указывающие на то, что представители другой обширной группы кишечных бактерий, отдела Firmicutes, возможно, способны добывать калории и делиться ими еще успешнее, чем бактерии из отдела Bacteroidetes (важнейшим представителем которого является B. theta)⁵⁰. “Хотя жители переедающих стран могут и не оценить важность этих дополнительных калорий и жира, – говорит Гордон, – я полагаю, что человеческая история знала продолжительные периоды, когда такого рода динамикой и определялась разница между выживанием и смертью от голода”. Неудивительно, что открытия Гордона пробудили интерес к возможности способствовать похудению страдающих ожирением людей путем корректировки работы их кишечной микрофлоры.

Другие сотрудники лаборатории Гордона рассказывают еще об одном интересном результате: что происходит, когда мыши, внутри которой живет монокультура B. theta, впрыскивают клетки метаногенного микроорганизма Methanobrevibactersmithii. В кишечнике такой мыши в итоге оказывается в сто раз больше клеток B. theta, чем было бы без этого впрыскивания. Оказывается, такие метаногены, как M. smithii, существенно повышают эффективность жизнедеятельности клеток B. theta, питаясь ее отходами – водородом и углекислым газом – и превращая их в метан и воду. В отсутствие метаногенов накопление этих отходов замедляет обмен веществ B. theta и ограничивает способность этих бактерий размножаться⁵¹. В практическом плане такое повышение эффективности дает мышам, которым ввели клетки обоих микроорганизмов, дополнительные 15 % жира.

Сотрудница той же лаборатории Рут Ли в свою очередь начала масштабное исследование черт сходства и различий в микрофлоре человека и животных – чтобы лучше разобраться в эволюционных корнях нашего внутреннего государства. Как она отмечает, лишь восемь из пятидесяти пяти известных науке отделов бактерий планеты Земля имеют представителей, поселяющихся в пищеварительном тракте животных, что заставляет предположить высокую степень избирательности этих взаимоотношений. “Согласно нашей гипотезе, – говорит она, – они сформированы за миллионы лет коэволюции”.

Стоя над ведерком со льдом, которое набито пузырьками с фекалиями зверей из Сент?Луисского зоопарка (гепарда, льва, слона, кенгуру, гиены), а также образцами навоза, собранными коллегой по ходу собственных исследований у водопоя в Африке, Рут говорит: “Если мы, млекопитающие, действительно коэволюционировали вместе с нашей кишечной микрофлорой, то мы должны найти определенные черты сходства, заставляющие предположить, что некая древняя бактерия в свое время попала в организм некоего древнего предка всех этих видов и начала там свое дело”. Рут уже удалось найти немало общих черт подобного сходства. При этом из восьми отделов бактерий, встречающихся в кишечном тракте у млекопитающих (в том числе у людей), преобладают только три: Bacteroidetes, Firmicutes и Proteobacteria.

Если же сравнивать свойственных разным млекопитающим бактерий на уровне рода (систематической категории на одну ступень выше вида), то обнаруживается масса общих групп. Например, представители рода Bacteroides, такие как B. theta, B. vulgatus и B. distasonis, преобладают у всеядных млекопитающих (таких как мы сами, мыши или свиньи – питающихся как растительной, так и животной пищей). У растительноядных, таких как коровы, овцы или кролики, первое место занимают представители близкородственного рода превотелла (Prevotella ruminicola, P. brevis, P. albensis и др.). Специалист по эволюционной биологии ожидал бы появления именно такого рода различий в результате отделения новых ветвей древних млекопитающих, переходивших к иному образу жизни.

 

Новое окно в мир микробов

 

Методы выращивания анаэробных культур, разработанные Холдеман и Муром, наряду с использованными Гордоном способами “генетического подслушивания” сделали микрофлору толстой кишки самой изученной из множества микробных экосистем нашего организма. Но по меньшей мере 10 % видов бактерий, постоянно обитающих у нас в кишечном тракте, никто еще не выращивал в культуре и не описывал. В первые годы XXI века появилась новая революционная технология, которая дала науке возможность далеко продвинуться в поисках последних из них – самых загадочных обитателей нашего организма. Попутно она сильно озадачила мир медицины, обнаружив бактерий в таких частях нашего организма, в которых, как считалось, микробы могут оказаться только при серьезном расстройстве.

Эта технология – генное зондирование – появилась благодаря трудам микробиолога Карла Вёзе, работающего в Иллинойсском университете. В семидесятых и восьмидесятых годах Вёзе занимался поисками генетического мерила для определения степеней родства между разными группами бактерий нашей планеты. Ученые уже давно искали лучший способ объединять организмы в систематические группы, чем по внешним признакам, таким как внешний вид и особенности деятельности (эта тактика могла, например, приводить к попаданию в одну группу микробных аналогов бабочек и летучих мышей). Вёзе понял, что, поскольку все гены со временем накапливают не имеющие никаких последствий крошечные изменения, ему нужен был ген, который был бы одновременно жизненно необходимым всем живым клеткам и достаточно сложным, чтобы небольшие изменения в последовательности его ДНК?букв можно было использовать для измерения эволюционного расстояния. В качестве такого мерила Вёзе выбрал ген, кодирующий одну из ключевых частей бактериальной рибосомы – белковой фабрики бактериальной клетки. Это позволило ему открыть совершенно неожиданное разветвление древа жизни – древнее расхождение, в результате которого возникла отдельная ветвь похожих на бактерий микроорганизмов, которых он назвал археями. Как оказалось, генетически отличные от настоящих бактерий археи живут преимущественно в экстремальных условиях, таких как глубоководные “черные курильщики” и горячие серные источники, но среди них нашлось и несколько обитателей человеческого организма, таких как метаногенные Methanobrevibacter⁵².

Пока Вёзе перерисовывал древо жизни, один из его постдоков, Норман Пейс, понял, что подобный ключевой ген можно применить также в чем?то вроде ДНК?дактилоскопии, чтобы выявлять множество бактерий в образцах населенной ими среды, например почвы или воды. Иными словами, можно было сделать ДНК?зонд, который позволил бы искать рибосомные гены бактерий в почве или воде, используя в качестве мишени участок одного и того же гена, имеющегося у всех бактерий. Извлекая эти отрезки ДНК из образца, можно было затем изготовить тысячи копий подобных участков с помощью ПЦР, или полимеразной цепной реакции, – той самой методики амплификации (увеличения числа копий) генов, которую используют судмедэксперты для амплификации генетических “отпечатков пальцев”, оставленных на месте преступления. После этого можно было рассортировать эти фрагменты на основании небольших различий между ними. Красота нового метода состояла в том, что он позволил Пейсу выявлять бактерий в смешанном образце, используя ДНК?буквы единственного гена в качестве “штрих?кода”, – что намного проще, чем выделять и выращивать представителей каждого вида в культуре, впоследствии определяя их по химическим и визуальным отличительным признакам⁵³.

К концу восьмидесятых микробиологи всего мира с энтузиазмом взяли на вооружение изобретенный Пейсом метод. При этом они остановились на одном рибосомном гене (кодирующем одну из частей рибосомы – так называемую 16S рРНК), чтобы использовать его в генетической дактилоскопии бактерий. Вскоре секвенирование этого гена у каждой исследуемой бактерии стало общей практикой⁵⁴. В результате этих исследований была создана постоянно растущая библиотека вариантов гена 16S рРНК, которую можно было использовать для определения бактерий тем же способом, каким судебно?медицинские эксперты сравнивают обнаруженную на месте преступления ДНК с ДНК известных преступников.

Но, быть может, еще важнее было то, что зондирование с использованием гена 16S рРНК впервые дало микробиологам способ, позволяющий напрямую выявлять бактерий, которых нельзя выращивать в чистой культуре, то есть отдельно от сбивающей с толку мешанины из других микробов, вместе образующих единые природные сообщества⁵⁵. Если же какой?либо “отпечаток” гена 16S рРНК отсутствует во всех библиотеках известных микроорганизмов, значит – эврика! – вы открыли новый вид. Более того, этот новый вид можно поместить в определенную систематическую группу, возможно – даже в какой?либо из уже описанных родов, сравнивая его с хорошо известными видами в поисках наиболее похожего.

Генные зонды Пейса открыли микробиологам новое окно в мир микробов. Например, в 1986 году Пейс опубликовал данные о том, что ранее неизвестные и не выращивавшиеся в культуре бактерии составили, как ни сложно в это поверить, 99 % всех бактерий в некоторых из исследованных им образцов почвы, грязи и воды⁵⁶. Не могло ли оказаться, что это относится и к сложным микробным сообществам, населяющим человеческий организм?

В числе первых исследователей, занявшихся поисками генов 16S рРНК в человеческих тканях, были микробиологи Дэвид Релман из Стэнфордского университета и Кен Уилсон из Университета Дьюка. В 1991 году независимо друг от друга они оба занялись зондированием тканей пациентов, зараженных ВИЧ и страдающих болезнью Уиппла. Симптомы этой болезни, редко встречающейся у людей со здоровой иммунной системой, включают сильную потерю веса, артрит и повреждения различных органов⁵⁷. В течение восьмидесяти пяти лет медикам не удавалось культивировать маленький палочковидный организм, который попадался им в тканях пациентов, и поэтому у них не было возможности ни определить его, ни сравнить с другими, известными разновидностями бактерий. Проведенное Уилсоном и Релманом секвенирование гена 16S рРНК этого загадочного микроба позволило уверенно отнести его к порядку актиномицетов (Actinomycetales) – бактерий, образующих ветвящиеся нити, напоминающие гифы грибов (к этому порядку относятся многие представители микрофлоры ротовой полости и кишечника). Еще важнее было то, что Уилсон и Релман дали медикам новый метод генетического анализа, позволяющий быстро диагностировать болезнь Уиппла, что было жизненно важно, потому что своевременное лечение соответствующим антибиотиком позволяет останавливать развитие этой инфекции раньше, чем она вызовет необратимые нарушения в сердце и головном мозге.

Еще через пару лет Релман продолжил поиски гена 16S рРНК, на этот раз в ротовой полости здорового человека (своей собственной), с единственной целью – оценить уровень разнообразия ее экосистемы. Он вернулся в лабораторию от зубного врача с несколькими заранее простерилизованными пробирками, в которых находились соскобы, взятые с его зубов непосредственно из?под края десен. Затем вместе с сотрудниками своей лаборатории он амплифицировал бактериальную ДНК из этих образцов и секвенировал 264 различных варианта гена 16S рРНК. Чуть больше половины соответствовали вариантам этого гена, отмеченным у известных бактерий, а тридцать пять оказались отличными настолько, что указывали на новые для науки виды (а не штаммы, то есть разновидности, уже известных видов)⁵⁸.

Начиная с 1994 года Брюс Пейстер и Флойд Дьюхёрст из Института Форсайта, филиала Гарварда, проводят генное зондирование на ген 16S рРНК для намного более полного анализа микробиоты ротовой полости, оценивая уровень разнообразия микроорганизмов у десятков испытуемых, как здоровых, так и страдающих от различных стоматологических проблем. К настоящему времени им удалось обнаружить варианты этого гена у представителей семисот с лишним разновидностей бактерий ротовой полости, большинство из которых были ранее неизвестны. Во рту одного человека, по данным Пейстера и Дьюхёрста, их обычно одна или две сотни. Некоторые из этих бактерий всегда связаны с расстройствами, в то время как другие способствуют свежему дыханию и поддерживают здоровье ротовой полости⁵⁹.

Ученые из Института Форсайта создали на основе своей обширной базы данных по гену 16S рРНК специальный ДНК?микрочип, который можно использовать как своего рода устройство для считывания штрих?кода, чтобы быстро определять, какие именно из двух сотен преобладающих разновидностей бактерий ротовой полости имеются у человека во рту и присутствуют ли они в большом или в малом количестве. Этот микрочип, хотя он еще и не готов к внедрению в стоматологическую практику, позволяет исследователям оценивать риск развития стоматологических заболеваний, выясняя, кого из “хороших парней” не хватает, а также кто из нарушителей порядка проник в ротовую полость. Он также позволяет им отслеживать, что происходит со сложными комплексами бактерий во рту пациента по ходу лечения, будь то обработка корневого канала или курс антибиотиков (то и другое иногда оказывается источником новых неприятностей).

ДНК?микрочипы позволили микробиологам отслеживать подобным образом изменения, происходящие и в других экологических нишах нашего организма. Например, в 2006 году Релман и Гордон вместе с учеными из Института геномных исследований в Роквилле (штат Мэриленд) завершили амбициозный проект по секвенированию гена 16S рРНК обитателей кишечного тракта. Они обнаружили в образцах стула двух здоровых взрослых людей больше двух тысяч различных вариантов этого гена, из которых около ста пятидесяти отличаются настолько, что соответствуют новым разновидностям бактерий, а тридцать пять – новым для науки видам⁶⁰.

Тем временем Релман и его коллеги продолжают находить бактерий в тканях, которые долго считались безмикробными. “Может выясниться, что в человеческом организме не так уж много тканей, в которых нельзя обнаружить присутствие бактериальной ДНК”, – говорит Релман⁶¹. Представляют ли эти микробы скрытые инфекции или нормальную микрофлору – это еще предстоит выяснить. “На что я надеюсь, – говорит он, – так это на то, что, начав с образцов, взятых у здоровых людей, мы будем вправе предполагать, что обнаруженные у них микробы, вероятно, были с нами на протяжении какой?то части нашего пребывания на этой планете и вполне могут оказаться важными для нашего здоровья”.

 

Инфекции?невидимки или безобидные посторонние?

 

Надо сказать, что даже поведение хорошо известных бактерий, живущих у нас в организме, расходится со старым, прямолинейным представлением об инфекционных болезнях, воплощенным в незабвенных постулатах Коха, согласно которым любой болезнетворный микроб должен неизменно обнаруживаться в пораженном организме и всегда вызывать заболевание при введении новому хозяину. Helicobacter pylori – наверное, самый известный микроб, опровергающий этот пункт. Когда?то обитавший в желудках почти всего человечества, он лишь в последнее время начал вызывать язвы желудка. Но и сегодня H. pylori вызывает язвы лишь у скромной доли носителей.

“Такие вещи сводят с ума микробиологов старой школы, – говорит специалист по молекулярной биологии Алан Хадсон, – потому что постулаты Коха здесь просто неприменимы”. Вопреки этим постулатам, такие скрытые инфекции, как вызываемая H. pylori и другими недавно открытыми микробами, судя по всему, оказываются источником неприятностей лишь у некоторых людей и лишь иногда, обычно после многих лет, если не десятилетий непрочного мира между хозяином и бактерией.

Хадсон, микробиолог, гордящийся тем, что у него никогда не было собственного микроскопа, любит рассказывать одну историю из своей практики, показывающую, что генные зонды не только произвели революцию в медицинской микробиологии, но и сильно запутали эту область⁶². “Молодой солдат подхватывает за границей хламидиоз, известное венерическое заболевание, вылечивается от него антибиотиками, а потом возвращается домой и женится на своей школьной подружке, – начинает свой рассказ Хадсон, откинувшись в кресле за рабочим столом в тесном углу своей лаборатории в Университете Уэйна в Детройте. – Но три недели спустя у них обоих развивается сильнейший хламидиоз”.

Муж, исходя из обычных двойных стандартов, возмущен, что его девушка изменяла ему, пока его не было, хотя она это категорически отрицает. “И вот мне звонит врач из того городка, который пытается спасти их брак, – говорит Хадсон. – Он знал ее с детства и верит, что она говорит правду”. Этот врач хочет понять, мог ли муж каким?то образом заразить ее, хотя его, судя по всему, как следует лечили и вылечили. “И вот я говорю ему: “Пришлите мне образец его мочи и мазок с ее шейки матки”. Причем это происходит уже после того, как они оба прошли полный курс антибиотиков под наблюдением этого доктора. “Я сделал ПЦР того и другого, – говорит Хадсон, – и оказалось, что у мужа по?прежнему явные признаки инфекции”. Хадсон предполагает, что, вместо того чтобы уничтожать возбудителей, антибиотики просто переводили их в неактивное состояние. Если одна из таких покоящихся клеток передалась новому хозяину (молодой жене), она могла начать делиться и вызвать развитие активной инфекции, которая затем передалась от жены обратно мужу.

Хотя покоящиеся хламидии редко реактивируются, вызывая повторное развитие венерического заболевания, Хадсон давно подозревал их в других злодеяниях. В начале девяностых, исследуя образцы ткани из суставов пациентов, страдающих артритом, он обнаружил два вида хламидий: Chlamydia trachomatis, обычно связанную с венерическими и глазными заболеваниями, и Ch. pneumoniae, распространенного возбудителя респираторных инфекций⁶³. В другом, более знаменитом случае в 1996 году он начал находить Ch. pneumoniae в клетках головного мозга жертв болезни Альцгеймера⁶⁴.

Примерно в то же время генетические отпечатки пальцев Ch. pneumoniae и разнообразных бактерий ротовой полости стали обнаруживаться в ходе медицинских исследований в артериальных бляшках пациентов, перенесших сердечный приступ⁶⁵. Это открытие побудило многих кардиологов прописывать своим пациентам антибиотики. Большинство кардиологов отказались от этой практики в 2005 году, когда стали известны долгожданные результаты исследования, в котором было задействовано более четырех тысяч пациентов, страдающих кардиологическими заболеваниями, в течение двух лет принимавших сильный антибиотик гатифлоксацин. Эти результаты подтвердили, что такое лечение не снижает риск ни сердечного приступа, ни атеросклероза, то есть закупорки артерий⁶⁶. Однако эта проверка не столько оправдала Ch. pneumoniae, сколько продемонстрировала, что даже продолжительный курс сильных антибиотиков не позволяет полностью уничтожить эту бактерию. Поэтому данное исследование, хотя оно и пресекло ширящуюся практику лечения кардиологических заболеваний гатифлоксацином, вызвало колоссальный интерес к разработке более сильных, более эффективных курсов антибиотиков, которые позволили бы уничтожать не только Ch. pneumoniae, но и многих других возбудителей так называемых инфекций?невидимок (stealth infections), а их становится известно все больше и больше.

Понятно, что материальные стимулы здесь огромны. Если выяснится, например, что какой?то сильнодействующий новый антибиотик хотя бы частично сокращает риск сердечного приступа, это приведет к тому, что его будут прописывать миллионам, если не десяткам миллионов пациентов. “Речь идет о курсах антибиотиков, возможно нескольких одновременно, для большей части населения”, – говорит Уильям Митчелл, специалист по хламидиям из Университета Вандербильта и один из основателей фармакологической компании, занимающейся поисками как раз такого средства⁶⁷. Более того, если предварительные результаты будут хоть как?то указывать на его эффективность, пациентам будут предписывать ежедневно принимать такие антибиотики не в течение нескольких дней, а месяцами, если не годами.

Многие ревматологи уже сегодня прописывают длительные и даже пожизненные курсы антибиотиков пациентам, страдающим воспалительным артритом, потому что такое лечение ослабляет у них болезненные воспаления⁶⁸. (Пока неясно, достигается ли этот эффект за счет уничтожения бактерий?невидимок или за счет какого?то неизвестного механизма.) В самое последнее время психиатры начали прописывать длительные курсы антибиотиков юным пациентам, страдающим синдромом навязчивых состояний. Эта практика возникла из идеи, что такие дети могут страдать от некоторой разновидности неврологических аутоиммунных заболеваний, запускаемых оказавшимися не на своем месте пиогенными стрептококками, оставшимися после развития активной инфекции⁶⁹.

Каталогизация микрофлоры нашего тела, разработка способов выращивания безмикробных животных?хозяев и развитие методов генетического зондирования все вместе обеспечили постепенное углубление наших знаний о взаимодействиях (как благотворных, так и вредных) микробов?путешественников с людьми, которые их подвозят. Судя по всему, что на сегодня известно, для этих микробов совершенно нормально время от времени оказываться в нашем организме где?нибудь не на своем месте, хотя генетические технологии лишь теперь позволили нам обнаруживать их присутствие.

Хадсон, со своей стороны, предупреждает, что, прежде чем приниматься за уничтожение наших попутчиц?бактерий, “нам надо, черт возьми, сперва разобраться, что они там делают”. С этой целью он начал работать с собственным набором ДНК?микрочипов, а именно одним микрочипом для хламидии и другим для ее хозяина – человека. Вместе они позволяют ему подслушивать биохимические разговоры человеческого тела с полупокоящимися хламидиями, обнаруженными им в тканях суставов. Ему даже пришлось прибегнуть к помощи устройства, которым он долго пренебрегал ради ДНК?зондов: микроскопа, хотя и не простого, а стоящего 250 тысяч долларов, цифровым световым микроскопом, который позволяет увеличивать живые объекты в беспрецедентные 15 тысяч раз. Этот микроскоп находится в лаборатории его супруги, иммунолога Джудит Уиттам?Хадсон, работающей в том же университета над созданием вакцины против хламидий.

Видеоэкран этого микроскопа позволил Хадсону пронаблюдать, как клетки хламидий переходят из инфекционной, активной формы в малоизученную хроническую. “Вначале видна совершенно нормальная, сферическая бактерия, которая в итоге превращается в этакую крупную, глупейшего вида клетку”, – говорит он. Ясным весенним днем он склоняется над экраном микроскопа, наводя объектив на резкость на мутном пятне активности внутри одной из хламидий. “Она что?то делает, – говорит он. – Чем?то занята. Что?то говорит своему хозяину”.

 

 

Часть 3

Не слишком ли мы чистые?

 

Любовь к грязи – одно из самых ранних увлечений, и она же оказывается нашим последним увлечением. Куличики из грязи служат для удовлетворения одного из самых первых и лучших инстинктов. Пока мы грязные, мы чисты.

Чарльз Дадли Уорнер (1870)

 

Запредельная чувствительность

 

Рохан Кремер Гуха – очаровательный мальчик из Нью?Джерси с робкой улыбкой и мягкими черными волосами – знает, что ему нельзя прикасаться к крошкам и прочим следам, которые оставляют за едой другие дети на празднованиях дней рождения. “Мне страшно подумать, – говорит его мать Девьяни Гуха, – что будет, если он дотронется до пятна от мороженого? Но мне не хочется, чтобы он слишком выделялся. Поэтому я его отпускаю и стараюсь не стоять у него над душой”. Надо сказать, что Рохан знает многих других детей, страдающих аллергиями, но ни у кого из них нет такого широкого их набора.

Проблемы с аллергиями начались у Рохана рано. К шести месяцам его кожа, поначалу такая красивая, покраснела и зашелушилась от экземы. А когда у них дома работали уборщицы, Девьяни или приходящая няня должны были обязательно забирать Рохана куда?нибудь на весь день.

“Иначе всякий раз, когда пылесосили ковер, он покрывался ужасной сыпью и начинал хрипеть”. Когда он только начал ходить, у него была диагностирована аллергия едва ли не на все пищевые продукты из списка. Наиболее опасные – молоко, яйца и пшеница – моментально вызывали у него тошноту и рвоту. Затем, когда Рохану было два года, половина лица у него покрылась красными волдырями размером с монету в двадцать пять центов, оттого что дедушка поцеловал его в щеку. За полчаса до этого дедушка съел кусочек каджу?катли – восточноиндийской помадки, в которой содержатся сливочное масло и кешью.

К тому времени мама Рохана не кормила его почти ничем, кроме курицы и картофельного пюре, и сама села на такую же строгую диету, чтобы продолжать кормить его грудью. Даже самые гипоаллергенные кормовые смеси вызывали у него неприятности, а о коровьем молоке, конечно, и речи быть не могло. “Я страдала от голода, и мы беспокоились, достаточно ли пищи он получает”, – вспоминает Девьяни. Поэтому, когда в январе 2001 года аллерголог Рохана порекомендовал ей привести его в больницу для серии проверок реакции на разную пищу, она возлагала на это большие надежды. “Он сказал, что многие дети со слабыми положительными результатами анализов на всевозможные аллергии на самом деле не страдают такой уж сильной аллергией на многие продукты”. На всякий случай в ходе этих проверок рядом с Роханом постоянно находилась тележка с реанимационным набором. На этой тележке было все, что нужно, чтобы спасти ребенка в случае нарушения дыхания или остановки сердца.

 

 

Конец ознакомительного фрагмента – скачать книгу легально